PROJECTION

DES

MORTIERS,

BETONS

ET PLATRES

HISTORIQUE

• C’est en Amérique , au cours de l’année 1907 qu’est née la projection telle qu’elle est encore pratiquée aujourd’hui (ceci malgré des expériences antérieures réussies en Allemagne en 1902) . A ce début, on recherchait à reproduire des décors en plâtre . Il fut donc construit, par M.DEWEY, une machine à projeter à air comprimé avec une humidification du matériau en extrémité de lance munie d’une buse spéciale, possédant deux sas (un de remplissage et un d’alimentation) . L’utilisation du ciment s’ajouta à celle du plâtre et M.TAYLOR en septembre 1909 breveta cette machine .

• En 1911,une entreprise américaine utilisait cinq machines de ce type, alors capables de projeter 2m3/h d’un béton 0/10mm:

•protection des berges du Canal de Panama•enrobage des charpentes métalliques de la Gare de New York

• M.WEBER , ingénieur de M.Taylor, fonda en 1920 la société TORKRET en Allemagne

• C’est la société INGERSOLL-RAND qui importa des machines américaines en France . L’accent étant mis sur les réparations des ouvrages et des bâtiments détruits par la guerre comme par exemple :

•2000000 m2 d’enduit dans le métro Parisien entre 1920 et 1930•la voûte du tunnel ferroviaire de PUYMORENS était conforté.•15000 m2 de revêtement sur le barrage de Marèges•3500 m2 de toitures en voûte à l’aérogare du Bourget•ou encore confection d’abris souterrains, fabrication de tuyaux en béton projeté, consolidation de paroi rocheuse, étanchement de canaux, revêtement interne de mortier réfractaire en fonderie, construction de barges et de maisons.

• La première grande innovation survint en 1940 où M.SENN qui remplaça le système sas par une vis d’Archimède verticale qui permettait de projeter 3m3/heure d’un béton 0/25 mm .

• En 1955, elle fût détrônée par une machine à projeter par voie sèche équipé d’un rotor . A cette époque, les machines permettaient de projeter de 0.5 m3/h à 16m3/h . Elles sont encore utilisées actuellement.

• En 1970, une autre grande innovation vue le jour, la projection par voie mouillée . Dans cette méthode, l’eau de gâchage est introduite au moment du malaxage.

• Les développements de l’époque vont faire que les partisans de chaque méthode vont changer plusieurs fois de camp .

• Par la suite, le béton projeté a été si longtemps négligé dans notre pays, qu’il était généralement considéré comme une nouveauté dans les années soixante dix.

• A ce jour, les innovations portent sur :•le perfectionnement du matériel de projection•l’utilisation de systèmes automatiques, de commandes à distance•l’utilisation de lances permettant l’incorporation de fibres de toute nature•perfectionnement de doseurs d’adjuvants asservis aux débits des machines, surpresseurs d’eau •contrôleur de teneur en eau en voie sèche•bras mécaniques porte-lances

TERMINOLOGIE• LA PROJECTION DES MORTIERS :

– les grains de sable vont jusqu’à 3mm (voir exceptionnellement 5mm) .

– épaisseur de la couche maximum 5 cm

– technique utilisée : la voie mouillée

• LA PROJECTION DES BETONS :

– la taille des granulats est fonction de la couche à exécuter, le diamètre des tuyaux et le procédé employé : en général : * 10mm en voie mouillée

* 25mm en voie sèche

– épaisseur totale de la couche pouvant être supérieure à 30cm en plusieurs couches

– technique utilisée : les deux

• LA PROJECTION DES PLATRES :

– il est projeté sous forme de pâte pure et plus exceptionnellement sous forme de mortier

– technique utilisée : la voie mouillée

• LA DISTANCE DE TRANSPORT :

– Longueur de conduite permettant le transport du mortier, du béton entre la machine et la lance

• GUNITE (GUNITAGE):

– Terme désignant les mortiers et bétons projetés (projection)

• PERTES OU RETOMBEES :

– Pertes dues à la chute des éléments n’ayant pas réussi à atteindre la surface réceptrice

• REBONDS :

– Pertes provoquées par le rebondissement d’une partie des éléments solides constituant le béton ou le mortier projeté

• PORTE-LANCE :

– Désigne l’ouvrier portant et orientant la lance pour la projection

• PREMOUILLAGE :

– Variante de la projection par voie sèche dans laquelle l’eau de mouillage est introduite en amont de la buse de sortie à une distance variant de 1 à 4 m (cette dernière étant appelée distance de prémouillage

• LES FIBRES:

– Il en existe trois sortes principales : acier (voir inoxydable), verre spécial et en polymères

– Elles sont caractérisées par leur nature, leur forme, leur diamètre, leur longueur leur aspect (lisse, rugueux), leur résistance mécanique, leur souplesse, leur élasticité, leur neutralité dans le milieu employé .

• ADJUVANTS ET AJOUTS:

– Définition : produit qui ajouté à moins de 5% du poids du ciment au moment du malaxage améliore les propriétés des mortiers ou bétons .Au-delà de 5% le produit est appelé ajout . Quelques catégories les plus utilisées dans notre sujet :

– les plastifiants rétenteurs d’eau : ils retiennent l’eau, facilite l’hydratation, augmentent la cohésion et la plasticité et diminuent le ressuage . Dosage de1 à 3% du poids de ciment

– les raidisseurs : accélèrent le raidissement du matériau sous forme de fausse prise artificielle Dosage de 1 à 2% du poids de ciment

– les plastifiants–réducteurs d’eau : réduisent la teneur en eau pour une même ouvrabilité, facilite la mise en place, la compacité est améliorée, augmentent la résistance, ils facilent le mouillage des grains de ciment . Dosage de 0.2 et 0.5% du PdC

– les fluidifiants : augmentent l’ouvrabilité , facilitent l’hydratation . Ils sont souvent associés à un accélérateur de prise en projection .

– les entraîneurs d’eau : ils créent des bulles d’air de diamètre de 10 à 250 microns, la teneur d’air entraînée varie de 5 à 20 % . Ils améliorent l’ouvrabilité car l’air est un fluide et joue le rôle d’éléments fins (qui parfois fait défaut), ils abaissent la densité, augmentent la résistance au gel

– les accélérateurs et retardateurs : ils modifient l’hydratation , ils sont utilisés sur des parois humides ou lorsqu’on projette des couches de forte épaisseur ou par temps froid . Ils sont très complexe et nécessite des essais in-situ . Ils provoquent des chutes de résistances mécaniques

– les hydrofuges : ils améliorent l’étanchéité à l’eau en bouchant les pores . Dosage de 2 à 5 % du PdC

– autres produits : les colorants et adjuvants d’adhésivité (ou d’accrochage)

INTRODUCTION

• La méthode qui était utilisée, il y a maintenant plus de 100 ans, a évidemment de nombreuses références . Elle est toujours appliquée, ses qualités sont connues et son domaine est très vaste.

• Il existe deux techniques (avec des variantes) qui se différencient quant à l’emplacement de l’introduction de l’eau de gâchage dans le matériau .

MALAXAGE TRANSPORT PROJECTION

– La méthode dite « projection par voie sèche » :

le mélange de ciment et de granulat (sans eau, à l’humidité du sable près) est

Transporté et propulsé par de l’air dans un tuyau

comprimé dans la conduite menant à la lance où l’eau nécessaire est ajoutée

• La méthode dite « projection par voie sèche » : le mélange de ciment et de granulat (sans eau, à l’humidité du sable près) estTransporté et propulsé par de l’air dans un tuyau comprimé dans la conduite menant à la lance où l’eau nécessaire est ajoutée

• Le « prémouillage « est une variante de la voie sèche :

L’eau est introduite à l’amont de la lance (à une distance relativement faible), de cette façon le mélange de ciment et granulat est transporté par voie sèche jusqu’au mouillage et par voie mouillée flux dense au-delà ce qui freine la projection.

• La méthode dite « projection par voie mouillée » : L’eau est ajoutée au moment du malaxage . Le mortier ou le béton gâché, comme s’il était destiné a être coulé, est introduit dans la machine chargé de le propulser dans le tuyau jusqu’à la lance:

1. soit par pompage (flux dense) . Le transport est assuré par une pompe à béton, l’air comprimé étant exclusivement introduit à la lance.

2. soit par de l’air comprimé (flux dilué). Un ajout d’air peut également faite à la lance pour augmenter la force de projection.

• Le choix de la technique tiendra compte de :

•du matériau à projeter•de la nature des travaux à effectuer•des matériaux, du matériel, des qualifications des ouvriers•du prix réel des travaux

A. QUALITES DUES A LA FORCE DE PROJECTION:

1. La force de projection provoque une perte par rebondissement qui affecte principalement les gros éléments

2. La force de projection assure un compactage qui augmente son étanchéité, sa résistance au gel et à la corrosion ainsi que le retrait

3. La force de projection permet au béton d’adhérer au support grâce à la pénétration de la pâte de ciment dans les pores de la paroi réceptrice

4. L’adhérence est améliorée par l’enrichissement du dosage en ciment dû aux retombées de granulats. C ’est le côté paradoxalement positif des « pertes »

B. DEFAUTS DUES A LA FORCE DE PROJECTION:

1. La perte d’une partie des granulats par rebondissements est le principal défaut. Achat d’une quantité de de granulats plus importante que celle réellement mis en place.

2. L’enlèvement de ces pertes entraîne là aussi des dépenses qui variant suivant le type de travaux à réaliser.

3. Une force de projection trop grande peut entraîner la destruction des supports fragiles tel que le carton en travaux neufs ou le terrain sableux en tunnel

En résumé la force de projection croît les caractéristiques mécaniques et chimiques, en contrepartie les dépenses occasionnées sont plus importantes.

PROPRIETES COMMUNESAUX DIFFERENTES METHODES

DE PROJECTION

LA PROJECTION

PAR

VOIE SECHE

La méthode la plus représentative est donc celle dans laquelle qualités et défauts sont plus accentués et par conséquent, celle qui utilise la force de projection la plus grande.Le classement des méthodes par ordre de force de projection décroissante est le suivant:. VOIE SECHE. VOIE SECHE AVEC PREMOUILLAGE. VOIE MOUILLEE A FLUX DILUE. VOIE MOUILLEE A FLUX DENSENous allons donc les examiner dans cet ordre

LA MACHINE A PROJETERPAR VOIE SECHE

Il existe plusieurs types de machine pour voie sèche mais pour un premier examen, nous pouvons dire que toutes les machines utilisées comprennent:. Une trémie de chargement. Une arrivée d’air comprimé. Un dispositif destiné à assurer un fonctionnement continu (sas ou barillet). Un système de réglage du débit de sortie du mélange (vis sans fin, barillet). Un moteur actionnant le système de réglage du débit (thermique, électrique, pneumatique). Une buse de sortie raccordée à la conduite de transport

Avantages et inconvénients de la projection par voie sèche

Propriétés Avantages Inconvénients

Transport dans un flux d’air d’un mélange non additionné d’eau.

Faible frottements dans la conduite : grande distance de transport. Tuyau vide lorsqu’on arrête la projection : Pas de nettoyage. Conduite facile à manipuler. Possibilité d’utiliser :

- des gros granulats - un faible dosage en ciment - un faible rapport E/C

donc : retrait réduit. Les tuyaux n’ont pas de fortes pressions à supporter.

Peut nécessité le stockage des granulats à l’abri des fortes pluies (de façon à ce qu’il contienne moins de 5 % d’eau). Production de poussière à la machine (pour les machines à rotor uniquement, mais le dépoussiérage est possible). Nécessité d’un compresseur de forte puissance. Les tuyaux doivent résister à une forte abrasion.

Grande vitesse dans le jet de projection.

Compactage très énergique de la couche projeté : résistance élevée du béton et retrait réduit. Grande pénétration (pour le rejointoiement). Faible porosité et grande résistance aux gels-dégels (vérifié en laboratoire).

Perte par rebond : -coût des matériaux perdus

- coût parfois élevé, de l’enlèvement des pertes (ex. égouts).

- difficulté pour enrober les retombées en projection verticale vers le bas.

Risque de destruction des supports fragiles. Peut nécessiter une protection de l’environnement (site urbain).

Addition de l’eau à la lance. Permet de réduire la quantité d’eau au minimum nécessaire :

- augmente la résistance, - diminue le retrait.

Permet d’utiliser le ciment prompt (et les adjuvants en poudre). Permet d’utiliser des ajouts liquides à la lance, même en grande quantité (en réduisant le E/C).

E/C du béton en place inconnu sauf par mesure sur un échantillon prélevé in situ). Nécessite la présence d’un ouvrier hautement qualifié à la lance. Poussière si sable trop sec (supprimée avec prémouillage ou eau H.P.).

Possibilité de projeter 3 à 5 cm en plafond sans accélérateur.

Permet d’interdire l’emploi des accélérateurs pour certains travaux : -évite le chute de résistance,

- diminue le retrait thermique. -

Enrichissement du dosage en ciment à la projection.

Enrichissement important près du support : adhérence. Enrichissement faible en parement : fissuration réduite.

Nécessité de tenir compte, lors de l’étude de composition du mélange, de la modification du dosage à la projection.

LES CARACTERISTIQUES DU BETON PROJETE

PARVOIE SECHE

1. LA DESCRIPTION DU PROCESSUS DE MISE EN PLACE

INFLUENCE DES REBONDS

SUR LA TENEUR EN

CIMENT

VITESSE DANS LE JET DE

PROJECTION

MESURE DE LA

COMPRESSION DU BETON

PROJETE

Granularité en fonction des travaux à réaliser

D max (en mm)

Diamètre Tuyau (en mm)

Nature des travaux

6 – 8 25 – 27 ou

30 - 32

- Confection ou réparation des petits éléments en béton très fortement armé. - Couche de finition pour parement taloché. - Rejointoiement de maçonnerie (joints de largeur < ou = 2 cm).

- 8 - 10 30 - 32 - Confection ou réparation de béton armé.

- Renforcement de structure en béton fortement armé. - Couche de finition. - Rejointoiement de maçonnerie (2 cm < joint < 5 cm)

- 10 - 12 30 – 32

ou 38 - 40

- Travaux courants de béton armé (voiles piscines). - Grosses réparation de béton armé. - Renforcement de structure en B.A. - Rejointoiement de maçonnerie (joints de largeur > 5 cm)

- 12 - 15 38 – 40

ou 50

- Gros travaux de B.A . (cheminement épais, mur courbes). - Réparation d’ouvrage en maçonnerie. - Projection sur parois rocheuse et fouilles. - Travaux souterrains courants.

- 15 - 20 50 - Projection sur parois rocheuses et sur fouilles.

- Gros travaux souterrains. - Comblements de cavités (en maçonnerie ou hors-profils).

20 - 25 60 - Projection vers le bas : radier – berges. - Comblement de cavités fermées. - Comblement de hors profils importants en radier ou piedroit (pour la voûte prendre D < ou = 20)

PRINCIPALES APPLICATIONS DE LA PROJECTION PAR VOIE SECHE

REPARATION D ’OUVRAGES EN BETON OU EN BETON ARME

RENFORCEMENT DE STRUCTURES EN BETON ARME : CHEMISAGE ,FRETTAGE DE POTEAU ,RENFORCEMENT DE VOILE OU DE POUTRE ,RENFORCEMENT DE PLANCHER BA

REPARATION DU BETON ET DU BETON ARME APRES INCENDIE

REPARATION D ’OUVRAGES EN MACONNERIES :CONTRE-VOUTE PROJETEE ,VOILE DE RENFORCEMENT ,CHEMISAGE ,REJOINTOIEMENT PROFOND

LA PROJECTION DE PRODUITS REFRACTAIRES

TRAVAUX SOUTERRAINS

PROTECTION DE TALUS, DE BERGES , DE PAROI DE FOUILLE

REVETEMENT ET SOUTENEMENT DE PAROIS ROCHEUSES

TRAVAUX NEUFS : CONSTRUCTION DE PISCINE

RESERVOIRS SEMI-ENTERRESVOILES BA DE FORMES COMPLIQUEES

VILLAS ET IMMEUBLES

INFORMATIONS PRATIQUES SUR LE MATERIEL A UTILISER

ET LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES

LA PROJECTION PAR VOIE SECHE A SORTIE PREMOUILLEE

Rappelons que le principe consiste à introduire l ’eau de mouillage en amont de la lance de protection, à une distance pouvant varier de un à quatre mètres. Avec ce système, le frottement du mélange mouillé dans le tuyau, entre le point d ’introduction de l ’eau et la lance, entraîne une diminution de la vitesse de sortie.

AVANTAGES:- supprime la poussière- la diminution de la vitesse de sortie entraîne une réduction sensible des

pertes de projection- amélioration sensible de la résistance au droit de la partie centrale du

jet de projection

INCONVENIENTS :- diminution de la vitesse de sortie de projection qui entraîne celle des

pertes et réduit l ’augmentation par projection du dosage en ciment - perte d ’adhérence du fait de la baisse de richesse en ciment au

voisinage du support

CARACTERISTIQUES VOIE SECHE A SORTIE PREMOUILLEE

• L’amélioration de la résistance est due au fait qu’il ne peut pas y avoir de zone sèche dans la partie centrale du jet de projection.

• La diminution de vitesse de projection (30m/s) qui entraîne des pertes, est dans certains cas intéressante mais nuit à l’obtention d’une bonne adhérence (travaux de réparation de béton), tout en réduisant les pertes.

• Exemples d’utilisations :• projection sur coffrages traditionnels ou perdus• pour les travaux en galerie et espaces fermés• projection de fouilles ou de talus

LA PROJECTION PAR VOIE MOUILLEE A FLUX DILUE

La méthode de projection par voie mouillée à flux dilué est certainement celle qui nécessite le matériel le moins compliqué.

Rappelons que son principe consiste à chasser le béton introduit dans une trémie, à travers le tuyau de transport. Puis de l’accélérer grâce à une deuxième injection d’air, faite généralement dans le coude de départ de la conduite.

L’air ayant servi au transport est généralement pas suffisant pour assurer une vitesse de sortie

satisfaisante, la lance de projection est conçue de façon à permettre une dernière injection d’air.

• EN RESUME :• matériel de projection simple et peu coûteux • pertes plus faibles qu’en voie sèche• vitesse de sortie relativement élevée bien qu’inférieure à celle de la voie sèche• faible distance de transport• très faible épaisseur par couche projetée • utilisations: projection de fouilles ou de talus et de piscines à formes variables

LA PROJECTION PAR VOIE MOUILLEE A FLUX DENSE

Rappelons que l’eau nécessaire à la confection du béton est apportée au moment du malaxage. La machine assure son transport jusqu’à la lance.

Sa représentation est une pompe à béton avec différents principes de fonctionnement :. Transporteur pneumatique. Ecrasement par galets. Pompage par un ou deux pistons. Pompe à vis excentrée (pour les mortiers et platres)

•EN RESUME :• pertes plus faibles qu’en voie sèche• vitesse de sortie faible et liée à la quantité d’air injectée • faible distance de transport plus grande qu’en flux dilué• très faible épaisseur par couche projetée • utilisations:

•projection de berges, talus et de piscines à formes variables• travaux souterrains• rejointoiement de maçonneries

Avantages et inconvénients de la projection par voie mouilléePropriétés Avantages Inconvénients

Transport par pompage du béton préalablement gâché.

Pas de sujétion de stockage des granulats à l’abri de la pluie. Pas de poussière. Permet de contrôler le rapport E/C (le porte-lance n’influe pas sur la teneur en eau du béton en place). Béton en place toujours correctement mouillé. Pas de risque de formation de nids de granulats en projection verticale vers le bas, donc possibilité d’obtenir un béton de bonne qualité dans ce cas. La couche n’a pas à se former sur le support : moins de retombées.

Quantité d’eau imposée par la plasticité nécessaire au transport et obligation de prévoir un dosage en ciment élevé (cause de retrait) mais possibilité de réduire le E/C en employant un fluidifiant. Plasticité : passe de 3 à 4 cm en plafond impossible sans emploi d’adjuvant (chute de résistance à compenser par une augmentation du dosage en C). Frottement important dans la conduite : transport à grande distance difficile. Tuyau plein de béton, lourd à manipuler. Tuyau de diamètre supérieur à 3 fois celui du plus gros granulats. Les retombées contiennent du ciment : risque de prise (sur échafaudage).

Faible vitesse dans le jet. Nota : Les avantages et inconvénients sont d’autant moins marqués que la pression et le débit de l’air envoyé dans la lance sont élevés.

Peu de perte par rebond. Peu de différence entre le dosage avant et après protection pour le ciment. Possibilité de projeter sur des supports fragiles. Pas de rebondissement violent des gros granulats gênant le porte-lance. Peu de sujétions de protection de l’environnement.

Peu de compactage par martèlement. Adhérence au support non favorisée par enrichissement du dosage en ciment près de la paroi réceptrice. Profondeur de pénétration moins grande qu’en voie sèche (rejointoiement). Pénétration du béton difficile derrière des armatures.

Liste des principaux travaux exécutés à l’aide du béton projeté

par voie sèche (V.S.) ou par voie mouillée (V.M.)

R A

C

IDH

SUO

O

I

N

X

Domaines

VS

VM

A B C A B C V S V M

Travaux souterrains (N.M.A.)Construction de voile en B.A.Réparation d’ouvrage en maçonnerieRejointoiement profond

XXXX

XXXX

XXXX

XXXX

40%50%50%50%

60%50%50%50%

Domaine commun

Projection sur falaise ou talus X X X 70% 30% Prépondérance voie sèche

Réparation et renforcement du B.A.Projection des bétons réfractaires

XX

XX X

100%100%

Voie sèche

Protection de berges (rivière-canal)Projection sur support fragile

XX

XX

XX

30%30%

70%70%

Prépondérance voie mouillée

Projection verticale vers le basEnduits minces de bâtiment (mortier)

X XX

XX

10% 90%100% Voie mouillée

LEGENDE

A : Qualité du béton (résistance et / ou adhérence et / ou faible retrait et ou résistance aux gels-dégels etc…)B : Expérience ancienne et / ou fiabilité prouvée et / ou nette prépondérance actuelle du procédé pour le travail considéré.C : Facilités d’exécution et / ou protection inutile (ou restreinte) de l’environnement.

Principales raison de l’emploi des méthodes de projection et répartition des travaux entre les différents procédés.