06 Beton Projete Expertise Quebecoise
06 Beton Projete Expertise Quebecoise
06 Beton Projete Expertise Quebecoise
Résumé
Au cours des dernières décennies, le béton projeté s'est distingué parmi les techniques
de réparation d'infrastructures par sa durabilité, son attrait économique et sa rapidité
d'installation. Le Québec bénéficie aujourd'hui d'une véritable expertise dans ce
domaine, expertise reconnue à l'échelle internationale. Cette expertise s'est bâtie entre
autres grâce à des programmes de recherche financés en grande partie par les
propriétaires d'ouvrages, les acteurs de l'industrie et réalisés dans un laboratoire
universitaire unique en son genre. Les connaissances générées à travers les activités
de transfert technologique et les suivis d'expérience sur chantier ont permis des
avancées majeures tant au niveau du matériau, du procédé de mise en place que de sa
robustesse d'utilisation en chantier. Parallèlement à ces avancées, la bonne utilisation et
le succès du béton projeté en Amérique du Nord et notamment au Québec sont
également le fruit de nombreux efforts mis dans la formation des lanciers.
Dans ce contexte, cet article dresse un portrait de l'utilisation actuelle du béton projeté
dans la réfection d'ouvrages au Québec (et ailleurs) et montre comment les différentes
avancées réalisées dans le domaine ont aidé les donneurs d'ouvrage à spécifier et
encadrer l'utilisation de cette technique toujours d'actualité. Enfin, les efforts actuels qui
continuent d'être mis sur le plan universitaire et industriel pour améliorer davantage le
matériau, le procédé, les méthodes de cure et relever le défi du développement durable
seront également soulignés à travers la présentation de quelques cas récents de
réparations en béton projeté.
1. Historique
L’apparition du béton projeté remonte à 1907 aux États-Unis. Son inventeur, Carl Ethan
Akeley, était naturaliste et taxidermiste au Field Museum of Natural History de Chicago.
Alors que le directeur du musée se plaignait de l’apparence de son édifice, Akeley a
développé une machine pour recouvrir la façade endommagée avec du plâtre de Paris.
Cet appareil, alors appelé le Plastergun, consistait à projeter la poudre de plâtre dans
une conduite avec de l’air comprimé, et à ajouter la quantité d’eau nécessaire au bout
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de la lance. Cette machine, bien que très rudimentaire, constitue la première version du
canon à béton projeté. Après y avoir apporté quelques améliorations, Akeley obtint un
brevet en 1911 pour son invention: le Cement Gun. Peu après, Akeley a cédé les droits
de sa machine à une firme d’ingénierie : la Cement Gun Company (Teichert 2002). À
cette époque, le matériau utilisé était un mortier (appelé Gunite), constitué simplement
de sable et de ciment.
Il a fallu attendre les années 1970 pour observer la « renaissance » du béton projeté.
L’arrivée de nouveaux équipements dans les années 1960-1970 a permis une plus
grande productivité, autant en béton projeté par voie sèche que par voie humide. De
plus, la formation du comité 506 par l’American Concrete Institute a engendré la
publication de plusieurs documents techniques et normatifs. D’importantes avancées
technologiques ont aussi contribué à l’avancement du béton projeté dans les années
1970. Il y a eu l’incorporation de fibres d’acier, d’accélérateurs de prise et de fumée de
silice aux mélanges (Yoggy 2002).
Au Québec, c'est au milieu des années 1980 que le ministère des Transports s'intéresse
davantage à la technique du béton projeté par voie sèche afin de répondre à la quantité
grandissante de réparations nécessaires sur sa structure en béton. Bien que les
premières tentatives n'ont pas toujours rencontré le succès espéré, des efforts continus
et quelques projets de recherche ont permis d'obtenir, au début des années 90, une
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2. Retombées
Les retombées associées à cet effort de recherche-développement sont nombreuses.
D'abord, cela a permis d'importantes améliorations tant au niveau de la conception des
mélanges de béton projeté que sur la validation de la compétence des lanciers.
D'ailleurs, le programme de certification des lanciers de béton projeté développé en
1996 en collaboration avec le ministère des Transports a joué un rôle important dans la
mise en place du programme de certification des lanciers de l'ACI en 2001 (ACI 2015).
Du côté des mélanges de béton projeté, l'utilisation de la granulométrie plus grossière et
de fumée de silice ou alors le concept de la haute teneur en air initiale sont désormais
des concepts bien connus et utilisés partout en Amérique du Nord (ACI 2005).
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3. Études de cas
L'expertise développée au Québec tant au niveau de l'ingénierie, des constructeurs et
de la main-d'œuvre permet aujourd'hui de réaliser des réparations en béton projeté de
très haute qualité. À titre d'exemple, de projets récents sont décrits plus en détail dans
les sections suivantes.
Les deux premières structures à réparer (AB et AC) consistaient en une dalle évidée. La
partie mince de la dalle était très légèrement armée et la qualité du béton ne permettait
pas la réparation à l’aide de la technique d’un coffrage de plafond et d’un bétonnage
sous pression (figure 1). En effet, tel qu’appréhendé, le béton détérioré cédait lors de la
mise en place du béton autoplaçant (sous la pression induite nécessaire afin d’assurer
l'adhérence du béton de réparation aux surfaces surplombantes). Il a donc été décidé de
bétonner des bandes longitudinales le long des poutres avec un coffrage sous pression
et ensuite de projeter du béton par voie sèche sur les parties sensibles de la dalle sur
une épaisseur d’environ 100 mm.
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Puisque toutes les surfaces de béton réparé étaient surplombantes, la cure de béton est
réalisée à l'aide d'agents de mûrissement. De même, tous les essais de contrôle de
qualité menés sur le béton projeté et réalisés de façon journalière par le client ont
données des résultats jugés conformes.
Le type d’équipement utilisé était une machine à béton projeté Aliva 246 équipée d’une
lance avec un anneau de mouillage situé à au moins 3 mètres de la fin de la lance. La
formulation du béton projeté utilisée était conforme aux exigences du Tome VII des
Matériaux de Transport Québec. Il s’agit dans ce cas d’un mélange de béton projeté pré-
mélangé en sac à base de ciment GUb-SF, d’air entraîné, de granulats de 10 mm et de
microfibres synthétiques.
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La mise en place du béton projeté a été réalisée par des lanciers certifiés ACI pour
l’application de béton projeté par voie sèche sur surfaces verticales ou en sous-face.
Bien qu’il y avait de grandes portions à réparer, elles ont été divisées en section
d’environ 10 m2 pour permettre aux finisseurs d’effectuer leur travail. La finition a été
réalisée en 2 étapes: la coupe à l’aide de la truelle d’acier et la finition à la truelle rotative
avec disque de caoutchouc densifié pour l’obtention du profil final. Rapidement après la
finition des surfaces verticales, les systèmes de mûrissement étaient déroulés pour
protéger les surfaces; dès la prise complétée, l'eau est acheminée aux tuyaux perforés
afin de maintenir les géotextiles saturés. Ce mûrissement humide est conservé en place
pour une période minimale de 7 jours.
Dans ce projet représentant environ 2000 m2 de réparation verticale, il aurait été très
difficile de fabriquer des coffrages pour chacune nombreuses sections à réparer.
L’utilisation du béton projeté a permis de limiter au minimum l’utilisation de coffrage sur
les surfaces verticales et donc d’accélérer les travaux et de réduire les coûts totaux. De
plus, une portion des travaux a été exécutée sur barge (rivière Richelieu); l’utilisation du
béton projeté dans ces cas simplifie grandement la logistique de transport et de mise en
place du matériau de réparation. En effet, tous les équipements et matériaux
nécessaires sont disposés sur la barge de travail, éliminant ainsi le temps d’attente et
permettant de réaliser les travaux de façon rapide et efficace. Dans ce projet, tous
s'entendent pour souligner le fait que l’utilisation du béton projeté a permis de grandes
économies de temps et d'argents.
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En effet, alors que cette résistance est généralement atteinte après 24h à 48h avec les
mélanges de béton projeté accélérés conventionnels, le mélange sélectionné a été
conçu pour atteindre plus de 20 MPa à 3 heures seulement après son application. Pour
pallier aux conditions froides, le substrat de béton a été chauffé au préalable, les sacs
contenant le mélange sec de béton projeté et l’eau de gâchage ont quant à eux été
entreposés dans un endroit tempéré afin d’assurer le gain en résistance visé. Des
panneaux de caractérisation ont été projetés sur le site pour évaluer le développement
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des résistances mécaniques du mélange et ainsi déterminer l’heure à laquelle les voies
pouvaient être rouvertes au trafic. Le durcissement relativement rapide du matériau
(environ 20 minutes) a toutefois compliqué légèrement la tâche de l’entrepreneur durant
la finition de surface. Un ajustement de la séquence de projection/finition a permis
cependant de réaliser les travaux avec succès. En effet, la circulation a pu être rétablie à
8h00 du matin soit 150 minutes seulement après la fin des travaux.
Dans ce projet, le choix d’utiliser un mélange de béton projeté par voie sèche à gain de
résistance ultra-rapide a été déterminant pour garantir une remise en circulation des
plus rapides, mais également palier à des conditions de chantier difficiles et une plage
horaire de travail très restreinte.
4. Conclusion
La grande expertise développée dans le domaine du béton projeté au Québec depuis un
peu plus de 20 ans à tous les niveaux dans l'industrie de la construction sert de modèle
en Amérique du Nord. Il importe de poursuivre sur cette lancée et activement
développer de nouvelles applications pour le béton projeté. En effet, il est maintenant
grandement reconnu que cette méthode de mise en place du béton, surtout dans le
domaine des réparations, permet de faire de grandes économies tant par sa rapidité de
mise en œuvre que par la simplification du projet de l'absence de coffrages parfois
complexe.
Bien qu'il reste encore de nombreuses avenues pour la recherche dans le domaine du
béton projeté, c'est aujourd'hui sans contredit une méthode de mise en place mature est
bien comprise qui s'inscrit tout à fait par les impératifs de développement durable. La
recherche en cours permettra d'améliorer davantage la robustesse des matériaux tout
en améliorant la qualité du produit fini. Le nouvel objectif est non seulement d’exploiter
au maximum le béton projeté dans le domaine des réparations, mais en plus de recourir
à cette méthode de mise en place pour les constructions neuves en béton.
5. Remerciements
L'auteur tient à remercier le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du
Canada (CRSNG) pour leur participation financière par le biais de la Chaire industrielle
sur le béton projeté et les réparations en béton (1994-2004) et la Chaire industrielle sur
la réparation et l'entretien des infrastructures en béton (2004-2009). À travers les
années, les partenaires de ces chaires ont été le ministère des Transports du Québec,
la Ville de Québec, la Ville de Montréal, Matériaux King et Cie, BASF Construction
Systems inc, Ciment St-Laurent Inc., Lafarge Canada Inc., Euclid Canada, Grace
Canada, Ambex, Sika Canada et Hydro-Québec.
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6. Références
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