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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction C 2 214 − 1 Bétons de ﬁbres métalliques (BFM) par Pierre ROSSI Directeur de Recherche Chef de la Division Bétons et Composites cimentaires au Laboratoire central des Ponts et chaussées Docteur de l’École Nationale des Ponts et chaussées Directeur technique du projet national BEFIM (béton de ﬁbres métalliques) e présent article est tiré du livre sur les bétons de ﬁbres métalliques du même auteur [1]. Il traite successivement des points suivants : — les problèmes liés à la mise en œuvre des BFM ; — le comportement mécanique en traction des BFM, ainsi que les problèmes de corrosion ; — les méthodes de dimensionnement des structures en BFM vis-à-vis de la flexion composée et de l’effort tranchant ; — les essais d’étude, de convenance et de contrôle à mettre en œuvre en fonc- tion de l’application industrielle ; — quelques applications industrielles actuelles et potentielles des BFM. 1. Mise en œuvre des BFM.......................................................................... C 2 214 - 2 1.1 Orientation préférentielle des ﬁbres........................................................... — 2 1.2 Effets de voûte ou d’écran........................................................................... — 3 1.3 Effets de cheminée....................................................................................... — 3 1.4 Ségrégation des ﬁbres................................................................................. — 3 1.5 Appauvrissement en ﬁbres.......................................................................... — 3 1.6 Relation entre le rapport longueur/diamètre de la ﬁbre et la maniabilité du BFM .......................................................................................................... — 3 2. Comportement mécanique et propriétés constructives des BFM — 4 2.1 Comportement mécanique des BFM sous sollicitations quasi statiques — 4 2.2 Durabilité des BFM : problème de la corrosion des ﬁbres........................ — 5 3. Méthodes de dimensionnement des BFM.......................................... — 6 3.1 Calcul d’une section ﬁssurée soumise à de la ﬂexion simple ou composée — 6 3.2 Calcul de l’équilibre des forces au niveau d’une ﬁssure diagonale d’effort tranchant.......................................................................................... — 7 3.3 Propriétés mécaniques des BFM utilisées dans les méthodes de dimensionnement ................................................................................... — 9 3.4 Principe de dimensionnement en ﬂexion composée................................ — 10 3.5 Principe de dimensionnement vis-a-vis de l’effort tranchant................... — 11 4. Concept de carte d’identité d’un BFM pour une application industrielle donnée................................................................................... — 12 5. Exemples d’applications industrielles existantes et potentielles des BFM ....................................................................................................... — 13 5.1 Domaine du bâtiment .................................................................................. — 13 5.2 Domaine des travaux publics...................................................................... — 17 6. Conclusion.................................................................................................. — 20 Références bibliographiques.......................................................................... — 20 L BÉTONS DE FIBRES MÉTALLIQUES (BFM) ___________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. C 2 214 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction Il est important de mentionner que les bétons de ﬁbres modernes sont des bétons à la carte ; ainsi en fonction des applications industrielles, le choix de la géométrie et des dimensions des ﬁbres ainsi que leur dosage dépend de la qualité de la matrice (béton) imposée par le cahier des charges. Comme exemple, on peut noter que plus la matrice est compacte (donc de haute résistante), plus il faudra mettre un pourcentage élevé de ﬁbres ; inverse- ment, moins la matrice est compacte, plus la ﬁbre introduite devra être longue et donc incorporable en faible quantité. Nota : Dans cet article, il est souvent fait référence aux règles du BAEL. Le lecteur se reportera aux articles spécialisés de la rubrique Structure-Béton armé de ce traité. 1. Mise en œuvre des BFM Lorsque l’on met en œuvre un BFM dont la formulation a été préa- lablement optimisée, il est important de connaître et de tenir compte de certaines spéciﬁcités de ce BFM liées à la technologie de mise en œuvre adoptée et au type de structure. Ces spéciﬁcités peuvent se décliner de la manière suivante : — l’orientation préférentielle des fibres ; — les effets de « voûte » ou d’écran ; — les effets de « cheminée » ; — la ségrégation des fibres ; — l’appauvrissement en fibres ; — la relation entre le rapport longueur/diamètre de la fibre et la maniabilité du BFM. 1.1 Orientation préférentielle des ﬁbres Cette orientation a plusieurs origines qui sont principalement : — la technique de mise en œuvre adoptée ; — les effets liés à l’écoulement du BFM. 1.1.1 Technique de mise en œuvre Il existe différentes techniques de mise en œuvre des bétons, que l’on peut rapidement rappeler : — le béton coulé ; — le béton projeté ; — le béton placé à l’aide d’une pelle, d’une pelle à main ou d’une fourche dans des coffrages ou moules de petites dimension, comme c’est souvent le cas dans un laboratoire d’essais. 1.1.1.1 Béton coulé En ce qui concerne le béton coulé, deux situations sont à considérer : soit le BFM doit s’écouler pour remplir le coffrage, soit il n’a pas, ou très peu, à le faire. Dans le premier cas, l’écoulement produit une orientation préférentielle des ﬁbres qui est discutée dans le paragraphe suivant, et dans le second cas, l’orientation des ﬁbres dépend de la technique de coulage adoptée, c’est-à-dire soit à l’aide d’une pompe, soit à l’aide d’une benne (ou godet) comportant ou pas un manchon (tuyau placé à la sortie de la benne). I BFM coulé à l’aide d’une pompe ou d’une benne munie d’un manchon Les ﬁbres se trouvent orientées dans le tuyau de la pompe et dans le manchon, parallèlement à la ou aux parois, et donc perpendiculai- rement à la surface libre du béton par laquelle pénètre le BFM. Cette orientation préférentielle est donc celle qu’auront les ﬁbres à la ﬁn de la mise en œuvre du BFM, aucune vibration n’étant alors suscep- tible de modiﬁer l’orientation des ﬁbres. I BFM coulé à l’aide d’une benne sans manchon Les ﬁbres subissent peu d’orientation préférentielle, et l’on observe donc une orientation relativement isotrope des ﬁbres au sein de la structure à la ﬁn de la mise en œuvre du BFM, à l’excep- tion toutefois du voisinage des parois du moule où une orientation préférentielle des ﬁbres est observée. Il s’agit de l’effet de paroi qui va être évoqué plus loin. 1.1.1.2 Béton projeté Nota : l’objet n’est pas ici de présenter en détail les différents aspects relatifs aux tech- niques de mise en œuvre des bétons par projection, en l’occurence, les projections par voie sèche, mouillée ou semi-mouillée, des livres de grande qualité traitant déjà de ce sujet [2], mais d’analyser comment les ﬁbres s’orientent dans un BFM projeté. Quelle que soit la technique de projection, les ﬁbres sont toujours, préférentiellement, orientées parallèlement aux parois de la lance de projection à la sortie de celle-ci. Par contre, au contact de la paroi que le BFM doit renforcer, les ﬁbres s’orientent, préférentiellement, parallèlement à la surface de cette paroi. L’importance de cette orientation préférentielle dépend du rapport longueur de la ﬁbre/épaisseur de BFM projeté. Ainsi, plus ce rapport est faible, plus l’orientation préférentielle est importante. 1.1.1.3 BFM mis en place à l’aide d’une pelle, d’une pelle à main ou d’une fourche On s’intéresse ici aux BFM mis en œuvre en laboratoire pour confectionner des éprouvettes de petites dimensions. Du fait de la manière dont le BFM est prélevé par l’outil servant à remplir le moule, de la forme de celui-ci, de la manière dont l’outil introduit le BFM dans le moule, de la petitesse de ce dernier qui exclut un écoulement important du BFM, les ﬁbres sont orientées, préférentiellement, perpendiculairement à la surface du moule par où le BFM est introduit. Cette orientation préférentielle augmente avec le rapport lon- gueur de ﬁbre sur volume de BFM contenu dans l’outil. Elle constitue un élément essentiel de la représentativité du comportement mécanique d’un BFM de laboratoire par rapport à celui du même BFM utilisé pour une application industrielle donnée. ___________________________________________________________________________________________________ BÉTONS DE FIBRES MÉTALLIQUES (BFM) Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction C 2 214 − 3 1.1.2 Effets liés à l’écoulement du BFM Dans le cas où le BFM peut s’écouler à l’intérieur du coffrage soit par gravité, soit sous l’effet d’une vibration, les ﬁbres ont tendance à s’orienter parallèlement aux lignes de courant de l’écoulement du ﬂuide visqueux que constitue le béton. Cette tendance augmente lorsque le rapport distance d’écoulement/longueur de la ﬁbre aug- mente. Les effets de paroi, connus des praticiens, sont en fait une consé- quence du phénomène précédent, c’est-à-dire une conséquence de l’orientation des ﬁbres parallèlement aux lignes de courant au sein du BFM qui s’écoule. En effet, lorsqu’un BFM s’écoule le long d’une paroi, les lignes de courant sont parallèles à la surface de la paroi, et donc les ﬁbres s’orientent également parallèlement à cette surface. 1.2 Effets de voûte ou d’écran Ces effets de voûte apparaissent lorsqu’un obstacle s’oppose au déplacement des ﬁbres. Dans ce cas-là, des ﬁbres peuvent s’accu- muler et former un paquet qui, en empêchant le déplacement des autres ﬁbres, mais également des gros granulats du BFM, induisent de la ségrégation. On rencontre ce problème lorsqu’un BFM est coulé dans une structure comportant des armatures traditionnelles, et que les espa- cements entre les armatures sont plus petits ou très uploads/Ingenierie_Lourd/ beton-de-fibre-metallique.pdf