HomeGuide pratique du béton4.2 Béton projeté

4.2 Béton projeté

 

4.2.1 Introduction

L’appellation «béton projeté» se réfère à un procédé de mise en oeuvre qui consiste à amener le béton sous pression dans un tuyau ou une conduite étanche jusqu’au lieu de mise en place où il est projeté violemment contre la surface d’application. Le béton se compacte de luimême grâce à l’effet d’impact (énergie de compactage). Lors de l’impact du béton contre la surface d’application, une partie du matériau projeté rebondit et tombe, cette partie est appelée rebond ou refus. Le béton projeté se distingue par différents avantages:
  • une application dans toutes les directions grâce à la bonne adhésion instantanée sur le substrat du béton projeté sous haute pression (accrochage)
  • il est applicable sur toutes les aspérités du support
  • une épaisseur de couche absolument libre en fonction des conditions locales
  • un bétonnage sans coffrage
  • une exécution possible aussi en tant que béton projeté armé (barres, fibres d’armatures)
  • un effet de voile porteur rapidement atteignable sans coffrage et immédiat..

Il existe deux méthodes de mise en oeuvre du béton projeté: par voie sèche et par voie humide (fig. 4.2.1 et tab. 4.2.1). Elles se distinguent par la composition du mélange et le type de machine à projeter. Dans le procédé de projection par voie sèche, le mélange introduit dans la machine est sec et l’eau de gâchage est ajoutée au niveau de la buse de projection, le cas échéant avec un accélérateur de prise. Dans le procédé par voie humide, l’eau de gâchage est incorporée au mélange dès le départ. Pour obtenir la pression nécessaire, le mélange est additionné d’air comprimé à la sortie de la buse.

Le béton projeté par voie humide est employé lorsque de hautes qualités de béton durci et un fort rendement de projection sont exigés.

Les avantages du procédé de projection par voie humide se manifestent surtout dans:
  • l’augmentation du rendement de la projection, dans des cas particuliers jusqu’à 25 m3/h
  • la réduction de 2 à 4 fois de la quantité de rebond
  • l’amélioration nette des conditions de travail grâce à la réduction des émissions de poussières
  • la baisse des coûts liés à l’usure de la machine à projeter
  • la réduction du besoin en air comprimé lors de la projection
  • l’amélioration des propriétés mécaniques et de durabilité grâce à un dosage contrôlé de l’eau de gâchage

Le procédé de projection par voie sèche est toujours choisi en cas de petites quantités et de faible rendement nécessaire, mais d’exigences maximales et indispensables quant à la résistance au jeune âge, p. ex. pour des étanchéités provisoires en cas de fortes venues d’eau. Les champs d’application principaux du béton projeté par voie sèche sont, entre autres, les remises en état des ouvrages en béton, les travaux d’étanchéité, les travaux de consolidation préliminaire (en cas d’importantes venues d‘eau) ainsi que pour les travaux mineurs de projection (mélange stocké en silo sur place).

Les avantages du béton projeté par voie sèche résident surtout dans:
  • une haute flexibilité
  • un concept logistique indépendant du temps
  • des résistances au jeune âge maximales
  • une disponibilité quasi illimitée du matériau stocké en silo
  • pas de reste de béton

Les grandes quantités de rebond, les émissions de poussière et les coûts plus élevés liés à l’usure de l’équipement diminuent la rentabilité du procédé de projection par voie sèche.

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Fig. 4.2.1: Procédés de projection du béton.

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Fig. 4.2.2: Mise en oeuvre du béton projeté au moyen d’un robot de projection.

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Fig. 4.2.3: Béton projeté par voie sèche pour la consolidation d’une fouille.




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Tab. 4.2.1: Détails des procédés de projection par voie sèche et humide.

 

4.2.2 Exigences normatives

Spécifications

En principe, la norme SN EN 206 et les normes produits associées des constituants ciment, additions, granulats et adjuvants sont à respecter, ainsi que les essais qu’elles préconisent, tant qu’ils sont applicables au béton projeté. Selon le champ d’application, des normes supplémentaires priment sur la norme SN EN 14487-1 relative au béton projeté (tab. 4.2.2).

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Tab. 4.2.2: Bases normatives spécifiques au béton projeté.

Il est recommandé de spécifier le béton projeté comme béton à propriétés spécifiées. Les exigences de la norme SN EN 206, éléments nationaux inclus, s’appliquent à l’exception du dosage minimal en ciment. Pour les classes d’exposition, la norme SIA 198 règle, pour les ouvrages souterrains, l’attribution de classes de béton projeté (tab. 4.2.3). Le béton projeté pour la maintenance des ouvrages est réglementé par la norme SIA 269/2.

Pour la spécification du béton projeté à propriétés spécifiées, les exigences de base sont à définir de manière analogue au béton courant. La classe de consistance sera définie pour le béton projeté par voie humide. D’autres exigences complémentaires spécifiques au béton projeté peuvent être définies (tab. 4.2.4).

Contrôle

Le contrôle du respect des exigences des propriétés du béton durci se fait normalement sur des carottes. La résistance au jeune âge est mesurée sur place, soit par la méthode de pénétration d’une aiguille ou la méthode du clou à tête filetée selon la gamme de résistance attendue (tab. 4.2.5).

On distingue trois classes de résistance initiale J1, J2 et J3 pour décrire le développement de la résistance du béton projeté jeune durant les 24 premières heures (fig. 4.2.4). Ces classes de résistance initiale sont attribuables à différents domaines d’application (tab. 4.2.6).

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Tab. 4.2.4: Exigences complémentaires spécifiques au béton projeté et les normes d’essais correspondantes.

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Tab. 4.2.5: Aperçu des méthodes de mesure de la résistance au jeune âge.




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Tab. 4.2.3: Exigences relatives au béton projeté et champs d’application recommandés pour les ouvrages souterrains selon la norme SIA 198.


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Fig. 4.2.4: Classes de résistance du béton projeté au jeune âge selon SN EN 14487-1.


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Tab. 4.2.6: Domaines d’application des classes de résistance du béton projeté selon la norme SN EN 14487-1.



4.2.3 Technologie du béton

Ciment
Il est primordial de choisir pour un béton projeté des ciments d’une grande finesse et avec un développement rapide de la résistance, comme p. ex. le Robusto 4R-S. La classe de résistance du ciment devrait être de 42,5 ou supérieure. Selon le procédé de projection, le dosage en ciment du béton varie entre 300 kg/m3 et 450 kg/m3.

Granulat

La granularité doit correspondre à une courbe granulométrique continue. La figure 4.2.6 montre l’exemple d’une courbe granulométrique pour un béton projeté avec Dmax = 8 mm. Une forte proportion de gros grains a un effet néfaste sur le refus. Le diamètre maximal du granulat doit être limité à un tiers du diamètre du tuyau de transport. Un granulat naturellement roulé provoque moins d’usure de l’équipement (buse, tuyauterie) qu’un granulat concassé.

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Fig. 4.2.6: Courbes granulométriques pour béton projeté avec Dmax = 8 mm. Les granularités ayant fait leurs preuves se situent dans le champ délimité par les courbes rouges (échelle logarithmique).

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Fig. 4.2.5: Coque en béton projeté. (Source: Simone Mengani, Chiasso).

La teneur en farine pour un béton projeté Dmax = 8 mm doit se situer entre 450 kg/m3 et 500 kg/m3 pour obtenir des conditions optimales d’ouvrabilité, de cohésion et de résistance initiale (champ rose à la figure 4.2.7).

Adjuvants

Une prise rapide est indispensable pour un béton projeté. De ce fait, on a recours aux accélérateurs de prise pour diminuer le temps de passage de l’état plastique à l’état solide (voir aussi chapitre 1.4). Les accélérateurs de prise permettent d’appliquer plus rapidement des couches plus épaisses (env. 10 à 15 cm vers le haut). Le dosage prescrit de l’accélérateur doit être vérifié au moyen d’un essai de rendement.
Pour des raisons d’hygiène et de sécurité de travail, seuls les accélérateurs de prise sans alcalins sont permis en Suisse pour les bétons projetés. L’effet des accélérateurs sans alcalins, essentiellement à base d’aluminates, repose sur deux réactions chimiques, qui se recoupent dans le temps et s‘influencent mutuellement (voir chapitre 2.1.2):
  • la réaction des aluminates due à l’addition de l’accélérateur (réaction du C3A)
  • la réaction des silicates du ciment (réaction C3S)

La figure 4.2.8 illustre schématiquement le développement au cours du temps de la résistance à la compression d’un béton projeté accéléré ainsi que les différentes phases des réactions chimiques.

En plus des accélérateurs, on emploie aussi des fluidifiants, stabilisateurs et agents de pompage pour le béton projeté par voie humide. La température du béton doit être supérieure à 15° C.

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Fig. 4.2.8: Développement de la résistance à la compression d’un béton projeté accéléré. (Source: Sika Suisse SA, Zurich).

 

Additions

Parmi toutes les additions admises, la fumée de silice est la plus efficace, puisqu’elle améliore autant les propriétés du béton frais et que celles du béton durci. L’addition de fumée de silice (voir chap. 1.5) au béton projeté conduit à:
  • un refus et des émissions de poussières moindres grâce à son caractère collant
  • une aptitude au pompage améliorée
  • une résistance mécanique plus élevée
  • une densité microstructurale plus élevée, d’où une meilleure résistance vis-à-vis des infiltrations de solutions agressives
  • une haute durabilité (p. ex. résistance au gel/dégel en présence de sel de déverglaçage, résistance aux sulfates)

Pour augmenter la capacité portante du béton projeté, des fibres polymères ou en acier sont ajoutées. Le plus souvent, on a recours à des fibres en acier, qui augmentent surtout la résistance à la traction et la capacité d’absorption d’énergie.

Rapport E/C

Comme dans le béton courant, le rapport E/C a une influence décisive sur la résistance et la durabilité. La valeur varie entre 0.45 et 0.55 pour le béton projeté par voie sèche et dépend de l'appréciation subjective du porte-lance qui manipule la buse. Dans le cas du procédé de projection par voie humide, le rapport E/C est plus facilement contrôlable. Les rapports E/C habituels se situent entre 0.40 et 0.55.


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Fig. 4.2.7: Influence de la teneur en farine sur les propriétés d’un béton projeté Dmax = 8 mm. (Source: Sika Suisse SA, Zurich).

 

4.2.4 Recommandations pour la planification du béton projeté

 

Technique de la mise en place

Le béton projeté représente la technique de mise en place qui requiert le plus de connaissances et de savoir-faire. Densité et durabilité ainsi que rebond et formation de poussières résultent non seulement de la technologie du béton, mais aussi de la technique de mise en place (tab. 4.2.7). Pour ces raisons, les travaux en béton projeté sont généralement confiés à des entreprises spécialisées qui disposent du personnel qualifié et des machines nécessaires.

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Tab. 4.2.7: Facteurs liés à la technique de mise en place influençant la qualité du béton projeté

 

Rebond

La réduction du rebond représente un des plus grands défis du procédé de projection. La quantité de refus dépend de:
  • la compétence et l’expérience de l’opérateur à la buse
  • le procédé de projection (voie humide ou sèche)
  • la direction de projection (vers le haut, bas, horizontale)
  • l’équipement (pression de l’air comprimé, buse, rendement de projection)
  • la distance entre la buse et le support
  • la nature du support (planéité, adhérence)
  • la formulation du béton projeté (ciment, granulat, granularité, accélérateur, fibres)
  • les propriétés du béton projeté (caractère collant, épaisseur de couche, résistance initiale)
  • l’armature

En l’absence de mesures directes de la quantité du refus dans les conditions régnant sur place, le rebond ne peut être estimé qu’approximativement:
  • le rebond du béton projeté par voie sèche varie entre 20–30 % en masse
  • le rebond du béton projeté par voie humide varie entre 5–15 % en masse
La composition du rebond peut être grossièrement estimée à:
  • 70–80 % en masse de granulat
  • 10 % en masse de ciment
  • 10–20 % en masse d’eau

En raison du rebond, la teneur moyenne en ciment peut augmenter de 10 à 40 % dans la couche de béton projeté. La grande proportion de granulat présente dans le rebond conduit à une réduction de la teneur en gravillons.

Mesures à prendre lors de l’exécution

Les essais de matériaux doivent être accompagnés de contrôles d’exécution spécifiques à l’ouvrage, p. ex. de la présence de cavités, de l’adhérence au support, du respect des profils, de l’enrobage de l’armature, etc.

Le béton ne sera projeté que sur un support propre, nettoyé, d’une température d’au moins +2° C, sauf dans des cas exceptionnels (p. ex. procédé par réfrigération). Le béton projeté doit adhérer sur toute la surface d’application. Les surfaces d’application sèches sont à humidifier au préalable afin qu’elles soutirent au béton projeté le moins d’eau possible. Des mesures doivent être prises pour bloquer les infiltrations d’eau, notamment les venues d’eau, qui désagrègent le béton projeté ou altèrent son adhérence. Il est préférable de les canaliser, les capter et les évacuer. Les mesures doivent être contrôlées et maintenues jusqu’à ce que le béton projeté soit capable de résister aux sollicitations. Les classes de béton projeté CBP 6 et CBP 7 à exigences élevées sont à protéger d’une dessiccation précoce par des mesures particulières de cure (p. ex. vaporisation d’eau).


Composition du béton projeté

La composition du béton projeté est formulée en fonction des exigences posées. Les tableaux 4.2.8 et 4.2.9 fournissent chacun un exemple de formulation pour un béton projeté par voie humide et pour un béton projeté par voie sèche.

Béton projeté par voie humide
La composition du béton projeté par voie humide est formulée en fonction des exigences posées au béton durci comme pour un béton à propriétés spécifiées selon la norme SN EN 206. Le tableau 4.2.8 donne un exemple de béton projeté par voie humide de la classe d’un béton projeté CP4 selon la norme SIA 198.

Béton projeté par voie sèche
La composition du béton projeté par voie sèche est formulée en fonction non seulement des exigences posées au béton durci mais aussi à l’égard des émissions de poussières et de la quantité de rebond. Pour la projection par voie sèche, la teneur en ciment est fixée et, en général, rapportée à 1000 litres de granulats en vrac. La somme des constituants – souvent un mélange sec de 1000 litres de granulats terre humide et de ciment – occupe un volume supérieur à 1000 litres, parce que les particules de ciment enrobent le granulat et écartent ainsi les granulats. Pour une gâchée de production de 1.0 m3 de mélange sec, le dosage des composants doit être réduit. Le tableau 4.2.9 donne un exemple de béton projeté par voie sèche.

La projection occasionne pour le matériau une perte consécutive au rebond et une réduction du volume par le compactage. Selon l’exemple considéré dans le tableau 4.2.9, on obtient pour un mélange sec de 1 m3, avec un rebond de 25 % en masse, associé à un facteur de compactage de 1.35, environ 555 litres de béton projeté mis en place. La teneur en ciment du béton projeté mis en place atteint environ 454 kg/m3, ce qui correspond à une perte de ciment de 10 % en masse lors du rebond. Le rapport E/C du béton projeté appliqué est d’environ 0.46, pour une quantité d’eau de gâchage supposée de 110 kg/m3 et une perte d’eau, par le rebond, de 20 % en masse.



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Tab. 4.2.8: Exemple de composition d’un béton projeté par voie humide de la classe d’un béton projeté CP4.

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Tab. 4.2.9: Exemple de composition d’un béton projeté par voie sèche.

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