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INTRODUCTION
Après VIERZY en 1972 et les recommandations ministérielles de 1973 :
vaste campagne de réhabilitations d’OA
chantiers lourds et onéreux
Début des années 1980, ralentissement des crédits affectés :
réhabilitations plus ciblées
choix de méthodes plus légères
recherche de techniques moins chères
A la SNCF
En 1985 : devant les sollicitations des fabricants de fibres
TESTS COMPARATIFS en situation réelle
sur chantiers de BP en tunnels :
- Villefranche sur mer
- Hargenten
- Laifour
avec différentes fibres : acier, fonte, polymère
Essais à la SNCF Ces essais, menés par V.O.S. (équipement ouvrages souterrains) avec le concours du laboratoire "ALPES-ESSAIS" ont permis :
de caractériser certains comportements des fibres,
de définir une méthodologie de contrôle in- situ,
d'établir des critères de choix.
Par la suite, plusieurs chantiers expérimentaux ont alimentés les statistiques et permis de quantifier les critères choisis.
Objectifs principaux ayant guidé la recherche
La pose du treillis soudé classique (maille 150 x 150, fils de 4,5) étant souvent délicate et conduisant parfois à des anomalies, il s'agissait de trouver un produit de substitution qui présente, au moins, les mêmes performances tant techniques que financières.
Financièrement…
Le matériel de projection reste le même avec sous fibre, mais usure des tuyaux, rotors plus rapide :
plus value qu'il faut intégrer aux coûts, La technique de B.P fibré entraîne un surcoût sur le matériau seul, mais aussi une réduction du poste renforcement à l'opération d'introduction des fibres :
suppression des suggestions liées au T.S (reprise sur parc, acheminement, coupes et pose).
Financièrement…
Conséquence : réduction du cycle de travail avec ses
incidences sur les délais d’exécution totaux. Economie de temps et de main d'œuvre :
bilan global de l'opération projection de BRF souvent positif par rapport à celle de BP avec TS classique.
Techniquement L'adjonction de fibres confère au béton des
propriétés particulières qui dépendent : de la quantité de fibres, du type de fibres (nature du matériau de base,
processus de fabrication, dimensions et formes)
Les principales sont : effets du retrait limités, cohésion du béton frais amélioré, caractéristiques mécaniques parfois améliorées
(cisaillement, flexion) , comportement post-fissuration avec capacité
du matériau à absorber de l'énergie ou "ductilité" (toughness en anglais).
Sécurité
Pour les chantiers de réfection ou d'augmentation de débouché, le critère retenu est la sécurité vis-à-vis des circulations et des personnes
il faut donc éviter la chute de matériau après une éventuelle rupture de la matrice de béton
Sécurité
Adoption d’un matériau qui ne présente pas de rupture fragile :
notions de plasticité et de capacité d'absorption d'énergie ("ductilité")
Effet induit : la mécanisation du BPRF rend son automatisation possible et l'éloignement du personnel de la zone dangereuse sont des facteurs primordiaux de l'amélioration de la sécurité et des conditions de travail.
Résultat des essais / Objectifs Mise au point d’une recherche du poids de fibres en place par prélèvements de béton et pesages : la valeur moyenne doit être > poids du dosage mini prévu en fibres
Mise au point de l’essai de poinçonnement/flexion sur échantillon de 60*60*10
(chargement 10*10, v = 1,5mm/mn)
Vérification que l’énergie rémanente est > 500j
(équivalence avec un TS 150*150*4,5)
= calcul de l’aire jusqu’à d = 25mm
Au CEBTP
Ces recherches ont été faites par la SNCF, la RATP, le CETU, le CEBTP et le CNRS à la fin des années1980
Dans cette nouvelle phase, les essais ont porté sur 13 corps d'épreuve.
Au CEBTP
Ils portaient sur :
l'efficacité et la nécessité de l'épinglage des
armatures traditionnelles
les conséquences d'un écran étanche (plastique,
Delta-MS), sur la résistance de la structure
composite,
l'intérêt du remplacement du BP traditionnel de
la coque par un BP avec incorporation de fibres
métalliques.
INTERETS de l’emploi des FIBRES
L’intérêt économique de l’emploi des fibres d’acier dans le béton projeté peut se résumer comme suit :
diminution de la main d'œuvre
réduction des délais d'exécution
amélioration de la sécurité sur le chantier
Description du modèle La voûte en maçonnerie de briques a été réalisée en deux lits, liés par clavettes, les caractéristiques géométriques sont : rayon de l'intrados maçonnerie: 1,197 m,
portée: 1,900 m,
longueur: 1,000 m,
épaisseur maçonnerie : 11 cm + joint,
épaisseur BP : 6,5 cm
Chargement par vérins
Mesures : extensométriques + acoustiques
Voûtes renforcées en FIBRES la capacité de déformation du BP fibré et sa texture répartitrice des fissures (d’où meilleure adhérence), font qu'elles entraînent avec elles dans leur déformation verticale le premier lit de briques. Cela explique la fissuration horizontale entre les deux lits de briques, aux droits de l'application des charges.
Les coques en BPF montrent une meilleure aptitude aux déformations par aplatissement des voûtes, ce qui traduit la ductilité du matériau.
Voûtes renforcées en FIBRES
Le premier lit de briques et la coque BPF sont en flexion, alors que le second lit de briques travaille en compression excentrée.
L'examen des déformations relatives de traction, indique la capacité des fibres à limiter les ouvertures des fissures dans le béton.
CONCLUSIONS Ces essais sur modèles de voûtes en maçonnerie renforcées par contre-voûtes en BP, permettent, malgré le nombre limité de modèles, de porter un jugement favorable sur l'efficacité de la présence de la contre-voûte en BP, exception faite en cas d’interposition de films plastiques.
Dans les autres cas, le renforcement du BP, avec certaines fibres métalliques, permet une augmentation modeste de la charge de rupture, mais présente le grand avantage d'un comportement beaucoup plus sécurisant en cas de fissuration de la contre-voûte.
Au BEFIM
Objectifs du Projet national BEFIM
Après le PN « Voies nouvelles du matériau béton», entre 1993 et 1996, les connaissances sur les bétons de fibres ont notablement augmenté d’où une demande accrue de la profession du génie civil concernant les applications industrielles potentiellement intéressantes de ces matériaux.
Le projet national BEFIM a donc eu pour objectif principal de dynamiser le développement des bétons de fibres métalliques (BFM) dans le génie civil.
Au BEFIM
Un autre objectif de BEFIM a été de valider les recommandations de l’AFREM, devenue AFGC, concernant le dimensionnement des structures en BFM. Les objectifs ainsi évoqués font que le Projet National BEFIM a été beaucoup plus orienté «développements industriels» que« recherche ».
Thème 1 (SNCF partenaire)
Dallages et chaussées aéroportuaires
L'objectif principal était de comparer le comportement mécanique d'un dallage industriel en BFM à l'échelle 1 avec les résultats de calcul utilisant les règles de dimensionnement proposées par l'AFREM. Le dallage en question et les essais mécaniques réalisés devaient respecter le cahier des charges
Thème 2 (SNCF partenaire) Pieux pour fondation
Il s'agissait d'étudier la possibilité d'étendre en zone sismique l'utilisation des pieux en béton fibrés forés à la tarière creuse actuellement utilisés en zone non sismique.
Les pieux étudiés étaient à l'échelle 1 et représentatifs des pieux industriels. Cette étude avait aussi pour objectif de valider les méthodes de dimensionnement préconisées par l'AFREM.
Thème 3 (SNCF acteur + partenaire)
Soutènements et revêtements
Projet 1. Il s'agissait d'étudier l'utilisation des BFM dans les voussoirs préfabriqués de tunnel;
Des essais comparatifs à l'échelle 1 en BFM et en BA ont été réalisés. Ces voussoirs ont été fabriqués en usine en conditions industrielles. L'objectif de cette étude consistait également à valider les méthodes de dimensionnement préconisées par l' AFREM;
Thème 3 (SNCF acteur + partenaire)
Projet 2. L'objectif était de mettre au point des essais in situ permettant de caractériser les propriétés mécaniques au jeune âge des bétons projetés fibrés, leur adhérence avec le support et leur étanchéité;
Projet 3. Il s'agissait de mettre au point un essai mécanique permettant de caractériser les BFM très résistants au jeune âge.
Thème 4 (SNCF partenaire)
BFM projeté en travaux de réparation
Projet 1. Il s'agissait d'étudier l'efficacité mécanique d'un renforcement par BFM des structures en béton armé fissurées;
Projet 2. Il s'agissait d'étudier le renforcement de buses métalliques corrodées par une coque mince non adhérente en BFM.
Thème 5 (SNCF partenaire)
Composants de structure préfabriqués
L'objectif principal de ce projet était de développer des éléments minces en BFM pour panneaux de façade.
Thème 6 (SNCF partenaire)
Étude transversale relative au comportement d'une section fissurée d'une poutre en BFM soumise à de la fatigue ou du fluage
Dans cette étude on se plaçait dans le cadre d'une fissuration de service, l'objectif étant d'améliorer les règles de dimensionnement proposées par l'AFREM validées en statique, ceci en prenant en compte la fatigue et le fluage.
Caractérisation aux jeunes âges des BP renforcés de fibres métalliques
L'analyse amène aux constatations suivantes : L'évolution de l'énergie est systématiquement plus continue pour les BPRF que pour les bétons avec treillis, que ce soit en fonction de la résistance à la compression ou qu'en fonction du dosage en fibre
ou même que de la position du treillis soudé.
Pour l'ensemble des BPRF, on obtient les énergies maximales pour des résistances à la compression comprises entre 30 et 40 MPa. Une chute sensible est à noter au-delà.
Caractérisation aux jeunes âges des BP renforcés de fibres métalliques
CONCLUSION
Il apparaît clairement que, dès les plus jeunes âges, les BPRF ont un bon comportement vis-à-vis des grandes déformations ; ceci se traduit par : une continuité dans la progression de
l'ouverture des fissures,
Synthèse pour les BFM projetés performants au jeune âge
Lorsque l'on veut, en phase provisoire, dans le cas du creusement d'un tunnel utiliser un BFM projeté résistant au jeune âge pour accroître la vitesse de creusement, on est amené à utiliser un béton dont la résistance ultérieure sera également plus élevée.
Cette étude montre que l'on est alors dans l'obligation d'augmenter le dosage de fibres habituellement utilisé afin d’aboutir à un revêtement provisoire respectant les exigences de déformabilité.
Synthèse pour les BFM projetés performants au jeune âge
Les essais de caractérisation in situ des BFM projetés Deux méthodes de caractérisation au jeune âge des BFM dont été proposées, analysées, et validées, il s'agit de méthodes in situ : l'auscultation dynamique (vitesse du son) ; la maturométrie.
Conclusions générales sur le BEFIM
Le Projet national BEFIM a permis de créer une véritable dynamique française autour des BFM et d’offrir des alternatives intéressantes pour un certain nombre de problèmes industriels.
Les publications
1989 : Article sur BP par voie sèche avec incorporation de fibres. TOS n° 92
1994 : Recommandations AFTES GT 6 sur les BPRF, TOS 126
1995 : ANNALES ITBTP : confortement des voûtes en maçonnerie par BP renforcé de fibres métalliques
1997/2002 : fascicules ASQUAPRO sur les BP
2002 : livre du PN BEFIM
Participation rédaction des normes CE (BP)