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Centre Scientifique et Technique de la Construction

20/04/2018

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  4. Béton renforcé de fibres. Identification des propriétés mécaniques pertinentes pour les applications structurales

Béton renforcé de fibres. Identification des propriétés mécaniques pertinentes pour les applications structurales 2007/03.07

Bien que les avantages spécifiques du béton renforcé de fibres (métalliques ou synthétiques) soient de mieux en mieux connus et que le matériau ait déjà été mis en œuvre avec succès partout dans le monde dans diverses constructions, on ne peut pas parler d'une véritable percée. Ceci peut surtout être attribué à l'absence de méthodes d'essai et de conception généralement acceptées et aux problèmes qui se posent lors de sa mise en œuvre et de son contrôle.

1. Etude prénormative

Afin de mieux comprendre les méthodes d'essai les plus utilisées pour caractériser le comportement du béton renforcé de fibres après fissuration en vue d'une application structurale, le CSTC a mené une étude prénormative en collaboration avec la K.U.Leuven et avec le soutien financier du SPF 'Economie'.

Pour déterminer les caractéristiques du béton renforcé de fibres, on procède généralement à des essais de flexion plutôt qu'à des essais de traction directe. La ductilité sous flexion dépend toutefois du type de sollicitation et de la forme des échantillons, de sorte qu'elle ne peut être considérée comme une caractéristique intrinsèque du matériau.

Dans le cadre de la recherche, quatre méthodes d'essai différentes (voir § 2) ont été mises en œuvre sur un même type de béton renforcé de fibres pour déterminer la robustesse de ces méthodes.

2. Méthodes d'essai

2.1. Essais sur dalle carrée (BEFIM)

Les dalles carrées (600 x 600 x 100 mm³) sont placées sur un cadre rigide d'une ouverture de 500 x 500 mm². La charge est transférée au centre des dalles via un poinçon rigide (100 x 100 x 100 mm²).

2.2. Essais sur dalle ronde (ASTM C 1550)

Les dalles possèdent un diamètre de 800 mm, une épaisseur de 75 mm et sont posées sur trois appuis formant entre eux un angle de 120°. La charge est transférée au centre des dalles par un piston hémisphérique.

2.3. Essais de flexion quatre points sur prismes (NBN B 15-238)

Les prismes, d'une hauteur de 150 mm et d'une longueur de 600 mm sont placés sur deux appuis à rouleau avec un espacement de 450 mm. Une sollicitation est exercée au moyen de deux autres rouleaux, avec un espacement égal à un tiers de la portée, entraînant l'apparition d'un moment fléchissant constant entre les rouleaux de chargement.
Fig. 1 Réalisation d’un essai de fle­xion trois points sur prisme entaillé.
Fig. 1 Réalisation d'un essai de flexion trois points sur prisme entaillé.

2.4. Essais de flexion trois points sur prismes entaillés (NBN EN 14651)

Les prismes utilisés pour cet essai possèdent les mêmes dimensions que ceux mentionnés au § 2.3. La portée s'élève à 500 mm. Dans ce cas, une entaille est réalisée au milieu de la portée, de sorte que le prisme se fissure en son centre.

3. Objectif de l'étude comparative

L'étude comparative avait pour objectif principal de déterminer la fiabilité des méthodes d'essai analysées et d'en retenir deux pour la recherche ultérieure.

Afin d'étudier les différences entre les méthodes d'essai sur le béton renforcé de fibres, il est préférable d'utiliser un seul type de fibres d'acier. On a ainsi opté pour des fibres d'acier à ancrage d'about. Les essais ont été exécutés tant sur du béton à résistance normale que sur du béton à haute résistance.

La dispersion des résultats s'est révélée être la moins grande pour les essais sur dalles rondes (ASTM C 1550) et la plus large pour les essais de flexion sur prismes. Cette différence peut être expliquée par le fait que le plan de fissuration est beaucoup plus petit dans le cas des prismes.

4. Choix des méthodes d'essai

4.1. Essais sur dalles

Lors du choix des essais sur dalles, la préférence est revenue à l'essai sur dalles rondes.

Ceci peut entre autres être attribué au fait que le type de fissuration des dalles rondes est mieux connu et moins arbitraire que celui des dalles carrées. Cet essai fait en outre l'objet d'une norme (ASTM C 1550).

4.2. Essais sur prismes

Malgré le fait que la dispersion des résultats lors des deux essais sur prismes soit comparable, on a choisi l'essai de flexion trois points pour la suite de l'étude. Ce dernier est en effet plus stable et fait l'objet d'une norme européenne (NBN EN 14651) qui sera probablement amenée à remplacer l'actuelle norme belge.

Au moment du choix final entre les méthodes, le fait que les essais sur dalles présentent une meilleure approche de la réalité peut aussi jouer un rôle important, comme on le verra lors de l'étude paramétrique.

E. De Grove, ir., chercheur, laboratoire 'Structures', CSTC
B. Parmentier, ir., chef adjoint de la division 'Géotechniques et Structures', CSTC