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1 GROS ŒUVRE Les fibres assurent trois fonctions dans le béton

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1 GROS ŒUVRE Les fibres assurent trois fonctions dans le béton

Développée dans les laboratoires de l’Université de Dresde, la première passerelle en Textilbeton (béton à armature textile, sans acier) a été mise en place à Oschatz en Allemagne en 2005. Elle ne pèse que 5 tonnes, au lieu de 25 tonnes nécessaires à une conception en béton armé. (Doc. TU Dresden.)

L’emploi de fibres textiles, de tissus ou de non-tissés dans le gros œuvre s’étend des fondations aux éléments de béton structuraux et dans les panneaux de béton léger en façade. Elles améliorent la tenue au feu, remplacent les armatures et allègent l’ouvrage.

Mélanger des fibres textiles à du béton obéit à trois logiques différentes. Il peut s’agir, en premier lieu d’une amélioration du comportement du béton face à l’incendie.

En effet, au cours d’un incendie, l’élévation de température transforme l’humidité contenue dans le béton en vapeur. La pression exercée par la vapeur à l’intérieur de la paroi fait éclater les couches superficielles de béton, exposant les fers directement à la chaleur. Le phénomène se retrouve dans les ouvrages très denses en BTHP. Certains fabricants, comme Belgian Fibers, proposent des polymères que l’on mélange au béton pour empêcher ce phénomène. Belmix de Belgian Fibers se présente sous la forme d’un polymère blanc d’une densité de 0,910 g/cm3,parfaitement résistant aux alcalins et aux agressions chimiques, conditionné en sacs de 400 g à 500 kg.

Réparties dans l’ouvrage en béton, ces fibres polymères fondent rapidement sous l’influence de la chaleur d’un incendie, créant en même temps des milliers de micro-canaux, par lesquels s’évacue la vapeur d’eau, issue de la volatilisation de l’humidité naturelle contenue dans le béton. Ce qui évite l’éclatement des bétons et retarde l’exposition des fers, donc l’apparition de dommages qui nécessiteront le remplacement de l’ouvrage. Les mêmes produits sont utilisables en réparation surfacique des bétons. Leur ajout au mortier de réparation lui confère une élasticité plus importante qui accroît la durée de vie du pansement.

Diminuer le poids des ouvrages

L’emploi de fibres textiles structurelles s’étend au remplacement de la totalité, ou d’une partie, des armatures acier du béton. Il s’agit plutôt d’éléments de béton préfabriqués en atelier, que d’ouvrages réalisés sur chantier par coulage. Les moteurs de cette recherche sont notamment l’augmentation des prix des aciers, la diminution du poids de l’armature et le fait que l’épaisseur de béton peut être réduite.En effet, pour protéger l’armature acier d’un ouvrage en béton armé contre la corrosion, il faut une épaisseur minimale d’enrobage de 80 mm. L’emploi de fibres non-corrodables (à base de verre, d’aramide, de carbone ou de basalte) permet de réduire la couverture de béton à quelques millimètres.

Le développement de techniques de production d’armatures textiles, techniques en trois dimensions et à axes multiples, permet de réaliser en atelier virtuellement n’importe quelle forme en béton armé, comportant, notamment, des courbes simples ou multiples. Ce n’est pas sans difficulté. Autant les tiges d’acier présentent un volume homogène que le béton enrobe facilement, autant les fibres textiles techniques sont composées de nombreux brins que le béton enrobe plus difficilement. Ce qui ne permet pas de bénéficier de toute la solidité de la fibre noyée.

L’un des remèdes possibles consiste à envelopper la fibre dans une gaine polymère qui présentera au béton une surface homogène. Le matériau obtenu est un nouveau matériau composite, où plusieurs couches de textiles à haute performance sont noyées dans une matrice de béton mince. L’Allemand V. FRAAS développe depuis 2008 des applications d’armatures textiles 3D multi­axiales pour le béton. Il souligne que le caractère multiaxial des armatures textiles se prête bien au moulage de précision et permet d’optimiser les renforcements, en fonction de la forme et des contraintes exactes des ouvrages réalisés. Les logiciels de structures classiques ne conviennent pas pour ces calculs, car ils ne connaissent que l’armature en acier. L’industriel a donc développé un logiciel de calcul spécifique avec l’Université technique de Dresde. L’emploi de fibres textiles en structure dans le béton permet d’insérer des capteurs de diverses natures, des éléments chauffants, etc., afin de conférer au béton de nouvelles fonctionnalités. L’une des premières réalisations expérimentales a été une passerelle piétonne en 2005, au-dessus d’une route à Albstadt-Lautingen, fabriquée entièrement en ce que les Allemands appellent le « Textilbeton » ou béton à armatures de fibres textiles par l’entreprise Groz-Beckert. La passerelle est composée de six segments préfabriqués assemblés sur site. Elle a nécessité l’emploi de 3 800 m² d’armature textile à base de fibres de verre. Depuis, trois autres passerelles de 18 m de longueur ont été lancées au-dessus de la rivière Rottach à Kempten. La construction de cette passerelle avait été précédée par la réalisation d’un premier prototype fonctionnel à l’Université de Dresde. Ce premier ouvrage de 9 m de longueur était composé de 10 segments de 90 cm de longueur, assemblés par 4 câbles d’acier tendus. En Allemagne,l’association Tidalit (www.tudalit.de, www.textil-beton.de, www.textilbetonzentrum.de) rassemble les centres de recherche, les industriels et les entreprises pour le développement des armatures textiles dans les ouvrages en béton.

L’art d’affiner les structures

La technologie de l’armature textile est largement utilisée pour la constructionde meubles d’extérieur minces en béton, notamment commercialisés par le couple de designers Bach et Springer(www.bachspringer.com).

La même technologie est également employée pour la fabrication de tubes. Ils sont composés – de l’intérieur vers l’extérieur – d’un tube à paroi mince en polypropylène ou en polyéthylène, enveloppé d’une couche de béton armé de fibre textile. Le tube plastique central assure l’étanchéité, offre une paroi interne très lisse qui diminue les pertes de charge dans la canalisation, ainsi qu’une insensibilité à la corrosion. Tout l’effort mécanique est fourni par l’enveloppe de béton armé de fibres textiles. Cette architecture permet de fabriquer des tubes dont la paroi conserve une faible épaisseur (inférieur à 1 cm), tout en étant capable de résister à des températures élevées (supérieur à 80 °C) et à des pressions d’utilisation importantes (supérieur à  40 bars). De plus, en raison du caractère incombustible de leur revêtement de béton fibré, ils présentent une bonne tenue au feu.

Une troisième approche consiste à mélanger des fibres textiles dans le béton, afin d’en diminuer le poids. L’un des emplois fréquents pour le BAF (Béton allégé fibré) est le rattrapage de niveau de faible épaisseur. Les fibres utilisées donnent à ce matériau de ragréage une élasticité supérieure, augmentent la résistance au retrait et divisent son poids par trois. Ces matériaux sont, notamment, proposés par Weber, Parexlanko ou Mappei. L’autre emploi traditionnel est le béton mélangé à du chanvre textile pour tous types de maçonneries non-porteuses : dalle isolante sur terre-plein ou à l’étage, banchage sur structure bois, remplissage de colombage, doublage de murs, etc. Le béton de chanvre possède une masse volumique de 250 à 500 kg/m3 et un ? égal à 0,12 W/m.K.

Le produit le plus connu parmi les bétons allégés fibrés est certainement le Ductal de Lafarge, membre de la famille des BFUHP (Bétons fibrés à ultrahaute performance). Il associe une matrice minérale spécifique dans laquelle aucun granulat ne dépasse 1 mm d’épaisseur, à un renfort à base de fibres métalliques ou organiques (2 à 4 %). Ce qui offre des qualités de résistance en compression et en flexion, de ductilité, de résistance aux chocs, d’esthétique et de longévité inédites pour des pièces de plus grandes dimensions, plus fines et plus légères. Sa résistance en traction et en compression est huit à dix fois supérieure à celle des bétons classiques. Selon Lafarge, il peut totalement se passer d’armatures passives. Ce qui permet de réaliser des formes complexes, de faible épaisseur et de grandes dimensions. Son comportement de béton autoplaçant le rend particulièrement apte au moulage de pièces préfabriquées. Ses premières utilisations ont été en mobilier et en aménagement intérieur. Mais il se développe également en génie civil (passerelles) et en bâtiment avec des armatures structurelles minces, supportant des auvents de protection sur des quais de gare, des toitures étanches, des éléments d’enveloppe des bâtiments, etc.

Le Ductal offre une quinzaine de formulations spécifiques en fonction de leur destination. Le BS100, par exemple, est réservé aux solutions structurales pour les colonnes, les toitures et planchers de longue portée, les éléments sismiques, etc. Le CS1000 est destiné aux ponts, pieux et formes perdues. Tandis que l’AR1000 est une formulation de Ductal pour la décoration intérieure et extérieure.

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