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Chapitre 1 : le béton de fibres 4 CHAPITRE I : LE BETON DE FIBRES Dans ce chapi

Chapitre 1 : le béton de fibres 4 CHAPITRE I : LE BETON DE FIBRES Dans ce chapitre nous allons décrire ou faire connaître, historiquement, ce nouveau constituant (fibres), son influence sur la matrice cimentaire, le nouveau comportement mécanique, thermique et d'autres propriétés du béton contenant les fibres ; sans oublier de mentionner les avantages des fibres dans le béton , et leurs domaines d’utilisations. I.1. Introduction: Pour présenter le béton de fibres, nous avons pris le parti de suivre l'itinéraire des matériaux de base que l'on associe pour leurs comportements respectifs transmettant, par un effet synergétique, de nouvelles propriétés au composite créé. Ainsi successivement nous abordons la présentation du matériau de base (les fibres), sa formulation, son comportement et ses propriétés. Ce choix s’impose pour positionner notre étude. En effet, il convient de montrer par une recherche les nombreux paramètres qui influencent le comportement de ce composite dont la matrice est un matériau vieillissant, poreux, retenant l’eau, dont la stabilité est fonction de l’hygrométrie ambiante, présentant un état initial complexe (micofissures, déformations) ; quant aux fibres, elles sont de nature et de géométrie très diverses. I.2. Historique du béton de fibres: Historiquement, il n’y a pas une confirmation quant est-ce le concept du béton par des fibres a été connu en premier lieu. Une analyse profonde de ce concept nous indique que cette idée est très ancienne et date depuis l’antiquité. C’est ainsi qu’au cours de l’histoire la technologie des matériaux a été jalonnée par l’apparition de composite de texture de plus en plus complexe. D’après Exode 5:6 les Egyptiens ont utilisé la paille pour renforcer les briques de boue. Il y a aussi une certitude que les fibres d’amiante ont été utilisées dans le renforcement des poteries en argile, en Finlande, il y’a de cela 5000 années. D’autres sources (Antoine, E.N et Mars 1985 et ACI Committee 554 Mars - Avril 1984), ont indiqué que la paille a été utilisée pour renforcer les briques chez les anciens, tandis que les poils d’ animaux et les fibres d’amiantes ont été introduits pour renforcer le plâtre et la pâte du ciment portland. On peut noter aussi la réalisation, au milieu du XX è siècle, d’alliages métalliques avec fibre de carbone. Cette réalité a été confirmée par M.Braun avec d’autres chercheurs qui ont rapporté que la première matière renforcée par des fibres a été fabriquée par l’homme en introduisant la paille Chapitre 1 : le béton de fibres 5 et d’autres produits semblables dans des matériaux de construction tel que le mortier, le plâtre etc. . Le professeur Alberto Fava de l’université de Plata en Argentine a écrit que l’horneros, qui est un petit oiseau vivant en Argentine, au Chili et en Bolivie , avait construit avec soin son nid en utilisant bien l’argile renforcée par de la paille depuis des siècles bien avant l’homme . A la fin du 19éme siècle, les matériaux fibreux ont commencé à devenir courants et plusieurs domaines ont commencé à exploiter ce nouveau matériau. En Algérie on trouve, chez les anciens, le prisé qui est de l’argile armée hachée en place par compression pour produire ce qu’on appelle le « Toub » qui est une brique de terre stabilisée ou non, moulée manuellement et séchée à l’air libre. Ce type de matériau est utilisé en Algérie en tant que matériau de maçonnerie et joints de murs. Mais le vrai développement de ce type de matériau peut être attribué à Joseph Lambot. Son brevet qui a été établi en 1847, a suggéré l’ajout des fibres continues sous forme de fils ou bandes en fils d’acier pour créer un nouveau matériau. Vingt sept ans après, l’américain A.Bernard arrivé en Californie a créé une pierre artificielle par l’ajout de granulats en fer recuit dans un mélange de béton. Ensuite, en 1899 un processus de fabrication d’éléments composites à base de ciment et d’amiante a été mis au point par Lhatshelc. En 1910 une série d’essais pour améliorer la résistance du béton a été faite par J.Porter qui a conclu que la présence de fibres courtes dans le béton augmente sa résistance à l’écrasement et à la traction. Par la suite en 1911 Graham a établi un brevet sur les bétons de fibres. C’était le premier brevet américain où il a décrit l’emploi des tranches d’acier comme des renforts fibreux dans les matériaux de construction. Une année après, en 1912 Weakly déposa un brevet montré sur la figure (I.1).au U.S.A qui consiste à l’utilisation des bandes en fils d’acier fabriquées avec deux fils, avec pour intermédiaire un anneau, afin d’assurer une adhérence durable avec le béton Figure (I.1): Brevet de Weakly ( 1912) En 1914 le premier brevet britannique a été établi par Fickley qui a décrit d’une manière assez rigoureuse une recommandation d’inclusion dans le mélange de béton des différentes Chapitre 1 : le béton de fibres 6 pièces métalliques tortueuses. Il a confirmé que la résistance à la fissuration et à la fatigue a été améliorée mais il a noté aussi qu’il n’y a pas une amélioration dans la résistance du composite ni à la traction de même qu’à la compression. A l’opposé de Fickley, le français H.Alfsen a rapporté dans ses travaux que la résistance à la traction d’un béton avec des petits éléments longitudinaux en fer, en bois ou autres matériaux a été améliorée. Il a suggéré également l’amélioration de l’état de surface des fibres. En effet, d’après Alfsen, les fibres doivent être rugueux et arrondis aux extrémités afin de leur procurer une bonne adhérence à la matrice en béton. En 1920, A.Kleinlogel a déposé le premier brevet allemand qui a décrit la synthèse d’ajouter un volume relativement important de particules de fer au béton pour produire une masse capable d’être usiné (par tournage) comme une masse d’acier. A cette période là, une étude sur les bétons avec des fibres de verre a été publiée par Griffith. Sept années après, en 1927 deux brevets sur les bétons de fibres ont été établis par W.Smith et G.Martin en Californie. Le procédé Martin recommande l’ajout des plaquettes d’acier emboutées ou de fils d’acier dans le béton qui sert à la fabrication des tuyaux. Alors que W.Smith recommande le malaxage des morceaux de fil tordus avec le béton en vue de construire un immeuble en béton armé. Quelques années après, en 1933 au New Jersey, H.Etheridge a inventé une technique pour améliorer la forme des fibres afin d’augmenter leur contribution. Il a recommandé ensuite d’ajouter au béton des fibres en forme d’anneaux de différentes dimensions et de différents diamètres représenté sur la figure (I.2). Figure (I.2): Brevet de H.Etheridge et G.Martin (1933) En 1938, un autre brevet britannique a été établi par N.Zitevic. Son procédé consiste à mélanger avec le béton des petits éléments en fer avec approximativement 100 mm de longueur et 1.00 mm de diamètre. Ces éléments métalliques sont très similaires aux fibres utilisées Chapitre 1 : le béton de fibres 7 aujourd’hui pour armer le béton. Il conclut qu’il y’a une amélioration de la résistance du béton à la compression, à la traction et au cisaillement. A partir de 1940, plusieurs procédés sont apparus dans différents pays. Ces procédés recommandent en général l’inclusion des fibres dans le béton pour améliorer sa performance. Mais on note ici que celui de G. Constantinesco en 1943 en l’Angleterre et au USA en 1854 représenté sur la figure (I.3), mérite une attention particulière. Les paramètres qu’il a recommandé à l’époque sont similaires à ceux d’aujourd’hui pour le béton de fibres. Il a recommandé également l’emploi de fibres permettant la résistance à la fissuration et à l’absorption de l’énergie par la masse de béton. Il a suggéré l’utilisation de cette composite dans plusieurs domaines spécialement dans la construction des pistes d’aéroport, fondations de machines et tous les ouvrages similaires. Figure (I 3): brevet de G.Constantinesco 1943 Au début des années soixante, une série de brevets ont été établis par Battelle Développement Corporation. Ces brevets sont basés sur l’utilisation des morceaux d’acier pour le béton. Une amélioration dans la résistance à la traction, l’absorption de l’énergie et la résistance à l’usure a été rapportée dans ces brevets. En 1963, deux articles ont été publiés par Romuldi et Batson dans lesquels une analyse théorique des résultats donnés par les brevets de Battelle Développement Corporation a été fondée avec des données expérimentales obtenues à l’essai de flexion. Par la suite, les recherches sur les bétons de fibres ont connu un réel développement grâce aux travaux de Romualdi, Batson et Mandel. Dans ces travaux, qu’on peut qualifier de fondateurs, on décrit les mécanismes de propagation et d’arrêt d’une fissure au sein d’une Chapitre 1 : le béton de fibres 8 matrice fragile. Ils ont aussi développé une analyse théorique des résultats donnés par les brevets de Battelle Développement Corporation et mettent notamment l’accent sur l’influence de l’espacement moyen des fibres sur le comportement du composite. D’autres chercheurs étaient aussi actifs pendant cette période et à partir de la fin des années soixante plusieurs chercheurs uploads/Ingenierie_Lourd/ chgghjh.pdf