Modélisation numérique et prédiction du rebond dans les bétons projetés

Abstract

La compréhension et l'optimisation des phénomènes de rebond sont capitales dans l'industrie du béton projeté, en particulier en voie sèche où les pertes par rebond peuvent atteindre des valeurs allant jusqu'à 30%. Une découverte récente pose l'hypothèse qu'une couche "fluide" est activée sur une certaine épaisseur du substrat par l'impact régulier des particules du jet de béton projeté par voie sèche. Ce n'est que quelques années plus tard que cette couche "fluide" a enfin été observée et validée au laboratoire de l'Université Laval grâce à un nouvel essai de pénétration dynamique consistant à projeter une bille en acier sur le substrat : la catapulte.

L'objectif principal de ce travail de recherche consiste à développer un modèle numérique représentant l'essai de la catapulte. Ce modèle a pour but principal de caractériser les propriétés des couches "fluide" et élasto-plastique du substrat, de déterminer l'influence de la variation de l'épaisseur de la couche "fluide" et d'explorer les conséquences de la prise en compte d'un angle d'incidence de la bille. Le développement de ce modèle est rendu possible par l'utilisation du logiciel de calcul aux éléments finis ABAQUS.

Le développement du modèle numérique a permis de mettre en évidence des résultats très encourageants, insistant sur la nécessité d'explorer encore plus en détails la modélisation de ces phénomènes de rebond dans les bétons projetés. Au niveau des résultats probants, une combinaison module de Young - limite d'élasticité de faibles valeurs a pu être trouvée pour représenter la couche "fluide" et le modèle a mis en évidence l'effet négatif d'un angle d'incidence sur le rebond d'une particule : la dissipation de l'énergie cinétique de la particule en énergie de déformation du substrat. En effet, la perte d'énergie qui pourrait se produire par la création d'un angle relativement faible lors d'une projection à la main peut atteindre 50%. L'automatisation de la mise en place par l'utilisation d'un robot et d'une trajectoire bien définie permet de diminuer le rebond de 50% par rapport à une projection réalisée par un lancier.