03/04/2014 - Fourgon renforcé avec des fibres d'acier, également pour les travaux de construction conventionnels

Menéame

Renforcer le béton avec des armures en acier est une pratique très fréquente dans la construction. L’ingénieur industriel Aimar Orbe Mateo (UPV/EHU) a analysé l’utilisation éventuelle pour ces travaux d’un matériau utilisé pour d’autres applications: béton renforcé avec des fibres d’acier.

Il ressort de l’étude que ce matériau présente certains avantages par rapport au béton armé conventionnel, entre autres, qu’il est moins fendu et qu’il peut être utilisé pour des usages tels que la fabrication de réservoirs de fixation cylindriques.

D’après Aimar Orbe Mateo, chercheur et professeur à l’École technique supérieure d’ingénierie de Bilbao, il était évident dès le début de l’étude que "il fallait que ce soit quelque chose qui ait une application pratique, pas un simple travail de recherche." L’équipe a donc élaboré, en tant qu’élément de recherche, un matériau susceptible d’être utilisé dans la construction: le béton autocompact renforcé par des fibres d’acier (HACRFA).

Il s’agit de matériaux qui sont déjà utilisés dans la construction, mais qui "ont d’autres applications. Le béton autocompact, par exemple, est utilisé dans les préfabriqués. S’il est utilisé dans les travaux de construction classiques, il est difficile de le doser, car ce béton est très fluide, très liquide. Cette texture permet, en revanche, de se passer de procédés qui sont utilisés avec le béton conventionnel (vibration, glisser avec des pelles...), puisqu'il se déplace et se compacte à lui seul," note Orbe.

Les fibres d’acier sont également utilisées pour renforcer le verre, "mais surtout pour fabriquer des éléments secondaires: pavages de polygones industriels, tunnels, conduits d’égouts et similaires," ajoute-t-il. Ces fibres sont petites, tant en longueur (50 mm) qu’en diamètre (1 mm), de dimensions similaires à celles d’un clip ouvert.

Expression tridimensionnelle de la distribution des fibres d’acier. (Source: UPV/EHU)

Du labo à la réalité
 

Parallèlement aux essais en laboratoire, l’équipe a également prouvé l’utilisation qui pourrait être faite de ce matériel dans la réalité. À cette fin, un mur de trois mètres de haut et de six mètres de long a été dressé et divisé en 380 échantillons, avec lesquels ont été effectués divers essais, destructeurs ou non destructeurs, "pour déterminer les capacités structurelles des fibres d’acier et, en général, la capacité de résistance de la paroi," souligne Orbe.
Étant donné que la résistance de la structure dépend de l’orientation et de la distribution des fibres dans le béton (impossible à observer à l'œil nu), l’équipe de recherche a eu recours à un système magnétique.

Tout d’abord, un champ magnétique a été créé à l’intérieur des échantillons, puis les changements intervenus dans ce champ ont été analysés. L’on ne voyait donc pas vers quel axe les fibres étaient de préférence orientées et quelle était la quantité de fibres dans chaque échantillon. Selon cette étude, "les fibres s’orientent dans la direction qui nous intéresse grâce à la fluidité du béton autocompact ," dit le chercheur. Outre ces essais, l’équipe a procédé à des simulations informatiques de la dynamique des fluides. "Des simulations nous ont montré que l’orientation que les fibres vont prendre est prévisible. Ainsi, nous pouvons dépister à l’avance les faiblesses et les processus de bétonnage inadéquats," dit l’enquêteur.

D’autres études ont montré que les fibres d’acier contrôlent mieux que les armures en béton armé conventionnel les fissures qui peuvent s’ouvrir à la sécheresse du béton. "Il y a des milliers de fibres, réparties dans toute la masse, qui compactent continuellement cette fibre," affirme l’ingénieur.

Essais et essais sur les échantillons prélevés sur la paroi relevée. (Source: UPV/EHU)

Orbe estime qu’avec ces recherches, le matériel "a atteint un point de maturité" et qu’il peut contribuer à rendre certains travaux de construction plus faciles. Il propose notamment son utilisation pour la fabrication de réservoirs de fixation cylindriques pour la collecte des eaux. Compte tenu de la capacité du HACRFA à mieux contrôler les fissures et les résultats d’autres analyses réalisées par cette équipe de recherche, "la conclusion est la suivante: elle est plus économique et plus durable que la conception structurelle conventionnelle," affirme Orbe.

Mais son utilisation (pour les utilisations proposées par l’équipe de recherche et pour d’autres utilisations) exige que "les contractants soient conscients des avantages de ce matériel. Et il est difficile de convaincre les entrepreneurs de ne pas placer les barres d’acier traditionnelles, que tout doit être mélangé dans le béton, qui est ainsi renforcé... De même, le fait que le béton ne puisse pas être vu lorsqu'il est séché, même s’il est bien réparti ou bien orienté, est source de méfiance. En outre - Subraya Orbe - il y a peu d’exemples de constructions réalisées avec ce système."

Renseignements complémentaires

La présente recherche s’inscrit dans la thèse de l’ingénieur industriel Aimar Orbe Mateo. La plupart des recherches ont été effectuées dans l’ETSI de Bilbao, mais ont également bénéficié de la collaboration ponctuelle de plusieurs membres de Tecnalia, de l’Université Polytechnique de Catalunya (UPC), Arcelormittal, Financier et Minera (Italcementi Group), et de l’équipe de recherche de l’Institut Jean le Rond d’Alembert.

La thèse s’intitule Erresistentzia moderatuko ohiko applicakazioetan altzairu zuntzez indarturiko fourmigoi autotrinkotzailearen erabileraren optimzioa (Optimisation de l’utilisation de bétons autocompacts renforcés avec des fibres d’acier dans des applications conventionnelles de résistance modérée).

Références bibliographiques

A. Orbe, E. Rojí, R. Losada, J. Cuadrado. 2014. "Calibration patterns for predicting residual strengths of steel fibre reinforced concrete (SFRC)", Composites Part B: Engineering, 58: 408-417, http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.086. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836813006616)
A. Orbe, J. Cuadrado, R. Losada, E. Rojí, 2012. "Framework for the design and analysis of steel fiber reinforced self-compacting concrete structures", Construction and Building Materials, 35: 676-686, ISSN 0950-0618, http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.135. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095006181200339X)

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UPV/EHU

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