Les bétons de fibres métalliques

On peut situer la naissance des bétons renforcés de fibres métalliques (BFM), en tant que matériau de construction, au début des années 60. Les travaux de Romualdi (Mechanics of crack arrest in concrete, 1963) sur l’arrêt de la propagation des fissures dans une matrice fragile par des fibres sont à l’origine du développement de ce matériau composite.

Amélioration du comportement mécanique du béton

Le béton est un matériau composite  dont la matrice est fissurable et fragile. Pour améliorer ses performances mécaniques (ductilité, résistance en flexion, résistance aux chocs, etc.) on peut aujourd’hui faire le choix d’ajouter des fibres métalliques au béton. Ce procédé a fait l’objet de nombreuses études et de nombreux retours d’expériences qui ont permis de développer leur compatibilité avec le béton en fonction des effets recherchés.

L’objectif de ce matériau composite qu’est le béton fibré est de faire rependre par les fibres les efforts au travers des fissures générées par la contrainte dans la matrice cimentaire. Dans cette perspective, la fibre doit présenter un module de Young (rigidité) tel qu’il optimise le contrôle des fissures. Plus le module de Young de la fibre est élevé plus les fissures sont contrôlées, à la condition que l’ancrage des fibres dans la matrices soit assuré.

Béton de fibres métalliques

Les fibres

Les fibres métalliques doivent donc présenter plusieurs qualités :

  • non  fragiles
  • longues et fines
  • grande surface spécifique
  • adhérentes à la pâte ciment
  • module d’élasticité supérieur à celui de la matrice cimentaire

 

Comportement du béton fibré sous traction

Avant rupture, le béton fibré se résume à 3 phases :
– comportement élastique de l’ensemble du composite;
– ouverture de microfissures, la contrainte de traction est reprise par les fibres qui contrôlent la propagation de la fissuration ;
– les fissures s’élargissent, les fibres se déchaussent de la matrice.

Lors de la seconde phase, la fibre joue le rôle de pont ou de couture qui  s’oppose à l’élargissement de la fissure ; elle  augmente la résistance du béton après fissuration. C’est cette propriété qui ouvre au béton fibré une vaste perspective d’utilisation.

Les usages des bétons de fibres métalliques

Présentant une bonne résistance à la traction et à la flexion, les bétons de fibres métalliques sont utilisés dans les dallages et les sols industriels, pour la fabrication de voussoirs, de coques, ou encore pour des bétons projetés (revêtements de tunnels et de galeries ou confortement de parois de soutènement). Ces bétons de fibres sont utilisés dans de nombreux éléments préfabriqués.

Sol industriel fibré

 

Dans les structures, les bétons de fibres métalliques, en améliorant le comportement mécanique, limitent l’ouverture des fissures et répartissent la microfissuration. En homogénéisant le matériau grâce à la répartition des contraintes, les fibres augmentent la résistance du béton après sa fissuration.

Attention à la mise en œuvre

Le comportement des fibres dans la pâte liquide connaît des effets liés à l’écoulement, à l’orientation préférentielle des fibres, aux effets de parois des coffrages, à la géométrie de l’ouvrage. Les caractéristiques mécaniques du béton fibré dépendent donc d’une mise en œuvre qui prenne en compte ces paramètres dès la phase de formulation du béton.

Les bétons de fibres métalliques bénéficient de recommandations :

Le développement industriel des bétons de fibres métalliques. Conclusions et recommandations. Sous la dir. de Pierre Rossi. 2002

Contrôle par fibres de la fissuration au jeune âge

La fissuration du béton, liée à des causes différentes dans le temps, est un phénomène qui l’accompagne tout au long de sa vie de matériau. Nous venons d’aborder sa fissuration à l’état durci sous contrainte. Il peut également être soumis à fissuration au très jeunes âges du fait du retrait plastique, lié à une dessiccation du béton avant prise (voir notre article sur le béton et l’eau). Ce retrait peut générer une fissuration superficielle du béton tant que celui-ci est plastique. Entre autres parades, l’ajout de fibres polypropylène, sans réduire le retrait, limite significativement la fissuration qu’il génère (tant en termes de nombre de fissures que de délai d’apparition). Le contrôle de ces fissures au jeune âge est particulièrement important pour la durabilité du matériau.

 

Et les bétons fibrés à ultra hautes performances ?

Comme leur nom l’indique, ces bétons sont additionnés de fibres métalliques, en vue d’obtenir un comportement ductile en compression et en traction et pour s’affranchir de l’usage de cages d’armatures passives traditionnelles. Leur composition et leur fort dosage en liant leur procurent une grande compacité qui leur garantit une exceptionnelle durabilité. Nous avons abordé l’histoire, la technologie et les perspectives des ces bétons dans une lettre d’information antérieure à laquelle on peut se reporter :

Les bétons fibrés à ultra-hautes performances
Les BEFUP en perspective