L’impact écologique de la construction des infrastructures est l’une des préoccupations qui occupent le plus les recherches dans le domaine. Des recherches récentes ont montré l’importance des pertes engendrées par le rebond en béton projeté et ont remis cette thématique à l’avant de la scène. C’est dans cette dynamique que le Laboratoire de béton projeté du CRIB de l’Université Laval s’est inscrit en menant de plus en plus de projets afin de mieux comprendre et diminuer ces pertes. Le présent projet s’intéresse particulièrement à la compréhension du phénomène du rebond à l’échelle du jet afin de faciliter et promouvoir les développements sur l’effet de l’équipement et des matériaux choisis sur le rebond. Ce projet est composé de deux parties distinctes, l’une se concentrant sur la mise en place d’un modèle du rebond à l’échelle du jet et l’autre développant un programme d’automatisation de l’acquisition de la distribution des vitesses dans le jet. D’abord, afin de faciliter l’obtention des données expérimentales nécessaires à l’étude à l’échelle du jet, un programme informatique a été développé. Ce programme est basé sur une méthode de calcul du flux optique développé par Blanck & Anadam (1996). À partir de deux images successives, la vitesse des particules est déterminée. En améliorant la qualité des images recueillies et en traitant un grand nombre d’image, une estimation de la distribution des vitesses peut être faite. Les résultats les plus encourageants ont été obtenus lors de projections où la qualité des images capturées a été optimisée. Par ailleurs, un modèle du rebond à l’échelle du jet a été développé en se basant sur des travaux antérieurs en béton projeté. Armelin (1998) a développé un modèle du rebond pour une seule particule basée sur un modèle élastoplastique du substrat et à partir de l’énergie cinétique de la particule incidente. Ensuite, Ginouse (2014) a développé des essais permettant de caractériser cette énergie à l’échelle du jet. En combinant les résultats de ces deux études, nous sommes parvenus initialement à créer un nouveau modèle du rebond à l’échelle du jet dont les résultats sont corrélés avec les résultats expérimentaux, mais dans lequel les valeurs de rebond sont fortement surestimées. Cependant, en introduisant un nouveau concept lié aux variations des propriétés rhéologiques du substrat suite à la vibration amenée par les particules incidentes qui le frappent, une meilleure prédiction du rebond a été atteinte. En conclusion, ce projet a rempli sa mission d’explorer et d’ouvrir la voie à l’automatisation de la mesure de la distribution de vitesses dans le jet, ainsi que de poser les bases et développer un modèle du rebond à l’échelle du jet en tenant compte des variations de propriétés rhéologiques dans les différentes zones du substrat. / The environmental impact of civil engineering construction is one of the main concerns found in most research efforts in the field. Recent research has shown the importance of the amount of waste generated by rebound in the shotcrete process and has emphasized this aspect in this field. The project was undertook at Laval University’s Shotcrete Laboratory and is part of an effort to better understand rebound mechanisms that generate this waste. It investigates the rebound at the spray-scale to help understand how equipment and material choises affect this phenomenon. This project is divided in two distinct portions: a rebound model at the spray scale and the implementation of a program to automate the calculation of the particle velocity distributions in the spray. First, in order to help generate the experimental data required to study rebound at the sprayscale, a computer program has been developed. This program is based on an optical flow method developed by Black & Anadam (1996). From two successive images, particle velocities are calculated. Working with a large number of images and enhancing their quality allowed to approximate the velocity distribution in the spray. The most promising results were obtained during analysis when the image quality was best optimized. A rebound model at the spray-scale was then developed by combining the results of previous research projects in shotcrete. Armelin (1998) was the first to develope a particle-scale rebound model based on an elastoplastic representation of the substrate and on the incident kinetic energy of the particle. Ginouze in 2014 then developed different testing methods that allowed a complete characterization of the shotcrete spray. By combining the results of these studies, a new spray-scale rebound model was created and the results were correlated the experimental results. Rebound values however were strongly overestimated. By introducing an innovative new concept representing the variations of rheological properties of the substrate due to the vibration caused by the incident particles, a better estimation of rebound was achieved. In conclusion, the project fulfilled its exploring mission and opened the way to automated velocity distribution measurement in the spray. Moreover, solid bases of a rebound spray-scale model were established by taking into account the rheological properties variations in the different substrate areas.

Le béton fibré à ultrahaute performance (BFUP) est reconnu pour sa grande résistance en compression et sa grande ductilité. De plus, il est maintenant bien connu que le comportement du BFUP dépend grandement de l’orientation des fibres par rapport à la direction de sa sollicitation. Cependant, peu d’informations sont disponibles dans la littérature à propos de l’impact de la discontinuité locale des fibres causée par un défaut de coulage dans un mélange de BFUP. Dans ce mémoire de maîtrise, un protocole de laboratoire est développé afin de mesurer l’impact de la présence de défauts dans le béton fibré à ultrahaute performance. Ce protocole de laboratoire se base sur un système de mesures photogrammétriques de corrélation d’images digitales. Cette technique permet d’acquérir des mesures de déformations et de déplacements avec l’aide d’une paire de caméras numériques à haute résolution. Un post-traitement informatique des images prises lors de l’essai permet de récréer un modèle 3D de la surface de l’échantillon observé. Avec l’aide de cette nouvelle méthode de mesure, il est possible de présenter différents aspects du comportement non linéaire de ce matériel. Lors de ce projet, six dalles avec ou sans défaut ont été soumises à un effort flexionnel avec une charge ponctuelle. En développant un protocole de laboratoire adapté aux besoins de ce projet, la corrélation d’images numériques a permis d’obtenir des résultats très précis. Une attention particulière est portée sur l’impact des différents défauts sur le comportement mécanique global de la dalle et sur l’endommagement local lors de la fissuration. / Ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is well known for its great compressive resistance and its ductility. Furthermore, it is also well known that UHPFRC strongly depends on fibers’ orientations relatively to the direction of stresses. However, little is documented in the literature about the impact of local fiber discontinuity caused by casting defect. In this MSc thesis, a laboratory protocol is developed in order to measure the impact of the presence of defects in a UHPFRC slab on the mechanical response. This protocol is based on a system of photogrammetric measurement by digital image correlation (DIC). This technique allows the precise measure of the deformation as well as the displacement with help of a pair of high resolution digital camera. A computer-based post treatment analysis of these pictures is used to create a 3D model of the observed sample surface. With this new analysis method, it is possible to present different aspect of the non-linear behavior of this material. During this project, 6 different geometries of slab with and without casting defect were submitted to flexional stress by punctual loading. By developing a laboratory protocol adapted to this project, digital image correlation analysis gave a multitude of very precise results. A specific attention is made to the impact of the defect on the global mechanical behavior as well as the local damaging caused by the micro-cracks.

Le pompage du béton est une technique de mise en place du béton frais utilisée depuis plusieurs années. Le béton est déposé dans une pompe à béton qui achemine le béton dans des boyaux, souples en caoutchouc ou rigides en acier, directement à l'endroit désiré. Peu de chercheurs se sont intéressés aux problèmes de pompage du béton, probablement à cause de la complexité de mener une campagne de recherche sur ce sujet. La pompabilité est définie généralement comme la mobilité et la stabilité sous pression d'un béton. Cette thèse s'intéresse surtout aux problèmes de mobilité sous pression. Le but de cette thèse est de développer un modèle prédictif de l'aptitude au pompage du béton. Le modèle prend en compte le type de boyau, les coudes, les réducteurs et l'effet de la hauteur. / Pour valider le modèle, plusieurs mélanges de béton ont été fabriqués et pompés dans un circuit comprenant un réducteur pour passer d'un diamètre de 100 mm à 50 mm et d'un boyau en caoutchouc de 15,24m de longueur et de 50 mm de diamètre instrumentés de capteurs de pression servant à mesurer les pertes de charge. Quatre types de liant commercialement disponibles (type 10, type 10 avec fumée de silice, ternaire avec cendres volantes et ternaire avec laitiers de hauts fourneaux) ont été utilisés pour fabriquer des mélanges de béton de rapports eau-liant et volume de pâte différents. Pour valider le modèle sur des boyaux d'acier et étudier l'effet de la hauteur et des coudes sur les pressions de pompage, un camion pompe muni d'une flèche a été instrumenté de capteurs de pression. Vingt chantiers ont été visités sur lesquels les mesures ont été réalisées. Deux tribomètres à béton ont été développés, l'un à surface d'acier, l'autre à surface en caoutchouc, pour mesurer les propriétés d'interface du béton frais. Les résultats ont montré que le tribomètre mesure des propriétés d'interface représentatives des propriétés de pompage. / Les résultats obtenus montrent que pour un squelette granulaire donné, peu importe le type de liant, il existe un volume de pâte de liant minimal pour que le béton soit apte au pompage. Lorsqu'un liant ternaire est utilisé pour fabriquer un mélange de béton, ce dernier est plus facilement pompable qu'un mélange de béton fabriqué avec une masse comparable de ciment type 10. La densité plus faible des liants ternaires semble être responsable de l'effet bénéfique. Pour une même masse de liant, le volume est plus élevé. Aussi, pour un liant moins dense, il est possible de fabriquer un mélange de béton contenant moins de liant en terme massique et qu'il soit toujours apte au pompage. Les mélanges de béton à haut rapport E/L sont quant à eux beaucoup plus facile à pomper (pressions faibles). Par contre, pour ces mélanges, lors de la mesure des pressions de pompage, un pic caractéristique est observé au début des plateaux. La pâte contenue entre les granulats pour ces mélanges est de très faible viscosité et une friction supplémentaire est à vaincre avant que le béton ne s'écoule due au frottement entre les granulats.

Le béton projeté est une technologie en pleine expansion de plus en plus sollicitée pour des réparations de structures en béton. Au cours de la dernière décennie, des efforts considérables furent déployés pour accroître le niveau des connaissances fondamentales sur les propriétés du béton projeté, particulièrement pour le procédé de projection du béton par voie sèche. Malheureusement, très peu d'efforts de recherche furent axés sur le développement des connaissances de base reliées au procédé de projection par voie humide. Le développement et l'amélioration de la projection de béton par voie humide est n é c e s s a i r e dans un contexte où la demande pour ce matériau de réparation ne cesse de croître. De plus, puisque l'industrie se tourne vers des pompes ayant des boyaux de faibles diamètres (inférieurs à 38-mm), une réflexion approfondie sur cette méthode de mise en place basée sur l'analyse de données expérimentales fiables s'impose. L'utilisation adéquate du béton projeté par voie humide pour des applications de réhabilitation et de réparation nécessite une bonne connaissance de l'ensemble du procédé. L'objectif de ce projet de recherche est d'approfondir la compréhension des mécanismes impliqués dans le malaxage, le pompage et la mise en place du béton projeté par voie humide. D'après les besoins urgents manifestés par l'industrie, ce projet se concentre principalement sur les objectifs suivants : Appliquer une démarche scientifique à la conception des mélanges de béton afin d'améliorer la robustesse du béton projeté par voie humide pour maintenir les propriétés du béton frais dans le temps. Cette approche vise l'adaptation du procédé aux impondérables de la pratique tels que les délais d'attente, les températures élevées et le pompage avec des boyaux de faible diamètre. Étudier la cinétique de mise en place et les propriétés fondamentales du béton frais projeté par voie humide dans le but de développer des stratégies pour augmenter l'épaisseur de béton frais en place tout en minimisant le rebond sans avoir recours à un agent accélérateurs de prise. Améliorer la compréhension du rôle de l'air sur les propriétés de pompage et de l'effet du pompage sur les caractéristiques du réseau de bulles d'air résiduel afin d'introduire ces paramètres dans des modèles de prédiction de pompage existants. L'originalité de ce projet repose sur la résolution de problèmes techniques complexes par des approches scientifiques rigoureuses et fiables. C'est par la compréhension fondamentale du comportement des phases fluides et solides du béton lors de son transport par pompage et de sa mise en place que l'amélioration et l'optimisation du procédé de projection par voie humide sera possible.