Depuis la première certification de lancier de béton projeté tenue par l’American Concrete Institute (ACI) au printemps 2001, ce programme de certification gagne continuellement en popularité. La certification des lanciers consiste à s’assurer que les lanciers sont en mesure de manipuler les équipements de projection de façon sécuritaire et d’appliquer le béton projeté de façon adéquate. Une partie importante de la certification consiste à évaluer l’enrobage des aciers d’armature sur des carottes prélevées d’un panneau rempli de béton projeté par le lancier. L’enrobage est jugé adéquat, ou non, par un évaluateur reconnu de l’ACI, selon une évaluation qualitative basée sur des paramètres reliés à la présence de vides ou de défauts derrière les barres d’armature. Toutefois, il existe peu d’information objective sur l’effet de la qualité d’enrobage. Ce mémoire présente des résultats expérimentaux portant sur l’évaluation des effets des défauts d’enrobage sur la durabilité et les propriétés structurales d’un ouvrage en béton projeté. Plus particulièrement, l’effet des défauts d’enrobage sur l’initiation de la corrosion des barres d’aciers d’armature et sur les propriétés d’adhérence de l’acier d’armature dans le béton est évalué. La consistance de projection (quantité d’eau ajoutée à la lance), l’épaisseur de recouvrement, les types de défaut créés derrière la barre par une mauvaise projection ont une importance majeure sur les propriétés d’un ouvrage en béton projeté. / Since the first shotcrete nozzleman certification held by the American Concrete Institute (ACI) in the spring of 2001, the program has continuously grown in popularity. The nozzleman certification consists of making sure that the nozzle operator are capable of operating shotcrete equipments and apply shotcrete in a safe and effective manner. A significant part of the certification program consists of evaluating the rebar encasement on specific core extracts from shotcrete panels. Encasement is considered adequate or not by an examiner accredited by the ACI, according to a qualitative evaluation based on established parameters such as the presence of voids or defaults behind bars. However, there is a limited amount of objective information available to determine what is acceptable or not as for the quality of an encasement. This document presents experimental results relating to the evaluation of the effects of defects on durability and structural properties of a shotcrete application. More particularly, the effect of a poor quality encapsulation on the initiation of corrosion of reinforcing bars and on the properties of the bond between reinforcing steel and shotcrete are visited. The shotcrete’s consistency (amount of water added at the lance), the concrete cover thickness, the types of defects created behind the bar by a poor workmanship have a major importance on the properties of a shotcrete work.

Ce mémoire est consacré à l’étude des méthodes de cure et leurs impacts sur le retrait et la fissuration du béton projeté. Plus globalement, cette recherche traite de la problématique de la fissuration des réparations en béton. Généralement, les réparations en béton projeté génèrent rapidement de grandes surfaces de béton frais. Si elles sont mal protégées, les sollicitations liées au séchage peuvent mener à l’échec de la réparation. Une méthode de cure adéquate permet de prévenir la fissuration et d’augmenter la durabilité de la réparation. Beaucoup reste à faire en ce qui concerne les techniques de cure et de protection afin de déterminer celles qui fonctionnent vraiment. Afin d’évaluer l’apport bénéfique de différentes méthodes de cure sur le béton projeté, une méthode de mesure du retrait a été développée. Cette étape permet de combler l’absence de norme ou de méthode permettant aujourd’hui de mesurer le retrait du béton projeté et de quantifier en même temps l’impact bénéfique des méthodes de cure. Avec cette méthode, les différents produits de cure externe suivants ont été évalués et classés du plus efficace au moins efficace : un agent de cure et de scellement liquide semblable à ceux à base de solvant, un agent de cure et de scellement liquide à base d’eau, un retardateur d’évaporation et enfin, le moins efficace, un agent de cure liquide à membrane à base de résine. Par la suite, des produits de cure interne ont été testés avec la méthode de mesure développée. Les produits testés sont une fibre synthétique et une fibre de chanvre. La fibre synthétique apporte un bénéfice dès la mise en place. La fibre de chanvre semble avoir apporté des améliorations notables plus importantes vis-à-vis du retrait du béton à long terme. Finalement, une technique de cure fréquemment utilisée en chantier (jute humide et polythène) a été évaluée. Les résultats des essais de type chantier sont peu concluants et ne permettent pas d’apprécier l’apport bénéfique des paramètres testés en raison des particularités de la méthode de mesure. En conclusion, ce projet a rempli sa mission quant à la détermination des bénéfices des méthodes de cure sur le béton projeté. Il ouvre également la voie à de nombreuses applications et possibilités futures jusqu’alors non envisageable pour le béton projeté grâce à la méthode de mesure développée. / This thesis is devoted to the study of curing methods and their impacts on the shrinkage and cracking of shotcrete. More generally, this research deals with the problem of cracking of concrete repairs. Generally, shotcrete repairs quickly generate large areas of fresh concrete. If poorly protected, drying stress can lead to the failure of the repair. Curing methods prevent cracking and increase the durability of concrete repair. Much remains to be done with regard to cure and protection techniques to determine what really works. In order to evaluate the beneficial contribution of curing methods on shotcrete, a shrinkage measurement method is developed. This step makes it possible to fill the gap in the standards or methods used today to measure the shrinkage of shotcrete and at the same time to quantify the beneficial impact of curing methods on shrinkage. This method allows to start measuring shrinkage only 4 hours after placement. With this method, the following different external curing products are evaluated and classified from the most effective to the least effective : a solvent based liquid curing and sealing agent, a water-based liquid curing and sealing agent, an evaporation retarder and finally, the least effective, a resin-based membrane liquid curing agent. The solvent-based liquid curing and sealing agent provided the best results. Then internal curing products are tested with the developed measurement method. The products tested are synthetic fibre and a hemp fibre. Synthetic fibre brings an benefits as soon as the concrete is placed. Hemp fibre seems to have made more significant improvements in concrete shrinkage in the long term. Finally, a curing technique frequently used on site is evaluated. The results of this test are inconclusive and do not allow to assess the beneficial contribution of the tested parameters due to the particularities of the measurement method. In conclusion, this project fulfilled its mission to determine the beneficial effects of curing methods on shotcrete. It opens the way for many future applications and possibilities that were not previously possible for thanks to the measurement method developed.

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.

Le béton projeté est une méthode de mise en place consistant en la projection pneumatique de béton sur une surface à grande vitesse. Dans le cas de la méthode par voie sèche, le mélange granulats-ciment est introduit sec en machine, l'eau est ajoutée à la fin du transfert. Cette technique, très employée, est néanmoins génératrice de pertes importantes par rebond, pouvant s'élever jusqu'à 40% de la masse projetée. L'enjeu de la réduction des pertes est à la fois économique et environnemental. Les facteurs influents sur le rebond sont liés aux techniques de projection et à la formulation. Ce travail de thèse a pour objectif l'optimisation de la formulation du béton afin de réduire les pertes par rebond, mais également d'améliorer la durabilité. L'étude porte en particulier sur l'influence sur le rebond : du squelette granulaire, de la teneur en eau et de l'emploi d'additifs et/ou d'additions de substitution. Une approche modélisation du phénomène de rebond est également abordée. / Sprayed concrete is a concrete pneumatically projected onto a surface at high velocity. Dry-mix shotcrete is a process in which dry constituents are introduced into the machine and conveyed through a hose to the nozzle, where the water is added. This process is used in various civil engineering or construction projects; unfortunately, it can lead to high losses of concrete due to rebound (up to 40% of the total mass of material). Such losses induce overconsumption of material, which is damaging for the cost of the work and for the environment. Rebound depends on technicals parameters and mix design. The present work focuses on rebound reduction and also on durability enhancement by modification of the mix design. The influence of aggregate size distribution, water content and supplementary cimentitious material is studied. An analytical approach of rebound phenomenon is also implemented.

Les ouvrages d’assainissement en maçonnerie de meulière construits au 19ème siècle à Paris ont une forme ovoïdale et sont soumis à des sollicitations agressives qui ont largement augmenté depuis le début du 20ème siècle. Si la majorité de ces ouvrages continuent à fonctionner, leur état général se dégrade inexorablement. Comme la reconstruction n’est pas toujours possible pour des raisons de coût et d’impact social, la réhabilitation est la solution adoptée par de nombreux maîtres d’ouvrages. La thèse est une partie du projet RESAME qui a pour but de réduire les coûts de réhabilitation, d’améliorer la durabilité des réparations et de diminuer le temps d’intervention sur le site. L’objectif principal de la thèse est de mettre au point de nouvelles méthodes de restructuration plus économiques que les méthodes usuellement utilisées. Après avoir présenté les ouvrages d’assainissement et leurs types de dégradations. Les techniques d’auscultation et de réhabilitation sont données. Une synthèse bibliographique de l’application des matériaux composites sur des structures en maçonnerie est détaillée en première partie. Du fait de la géométrie et des matériaux, des voutes ont été substitué aux ovoïdes pour nos essais présentés en seconde partie. Deux procédés ont été mis au point au cours de la thèse : un chemisage mince par mortier fibré de 3 cm et un renforcement par collage de matériaux composites (Lamelles et tissus). Vingt voûtes ont subi un chargement jusqu’à la rupture. Le but de l’ensemble des essais est de déterminer les mécanismes de ruine, les charges de la première fissuration et les charges à la rupture. Un gain important est alors constaté pour les méthodes de renforcement. Les résultats obtenus sont présentés et discutés. / In 19th century, Sewerage systems constructed in Paris were egg-shaped and made of masonry. Collectors are subjected to aggressive loads which have largely increased since the early 20th century. Even, if the majority of structures are still in service, their general condition deteriorates inexorably, and as the reconstruction is not always possible for reasons of cost and social impact, rehabilitation is the solution adopted by many clients. The thesis is a part of the project RESAME designed to reduce rehabilitation costs, improve the durability of repairs and reduce response times on the site. The main objective of this thesis is to develop new methods of restructuring. After introducing sewerage systems and their types of damage, auscultation techniques and rehabilitation will be presented. A bibliographical survey of the application of composite materials on planes and curved structures masonry is detailed in first time. Because of the complexity of geometry and materials, the vaults were substituted by the ovoid for our tests presented in the second half. Two methods are developed in this thesis: a thin layer of fiber reinforced mortar (FRM) by 3 cm and reinforcement by composite materials. Twenty vaults have been loading up to failure. The purpose of the tests is to determine the failure mechanisms, the first cracking loads and breaking loads. An important gain is then observed as well as a delay in cracking for every reinforcement method. The results are presented and discussed. These two processes will be applicable on several projects soon.