Les propriétés exceptionnelles des BFUP ou BFUHP (Bétons fibrés à ultrahaute performance) s’expliquent par la forte compacité d’un matériau constitué de granulats très fins et renforcé de fibres métalliques.
Passerelles, ponts, dallages, résilles,toitures, sculptures, ou bardages, les BFUP sont exploités avec succès, aussi bien pour des applications exigeantes structurellement, souvent dans des environnements corrosifs, que pour des réalisations esthétiques.
Le secret de leurs performances s’explique par une matrice cimentaire composée d’un granulat très fin avec un fort dosage en liant, qui donne un matériau dense et compact renforcé par des fibres. Ainsi, leur résistance, tant en compression qu’en traction directe et par flexion, est bien supérieure à celle d’un béton ordinaire. Pouvoir s’affranchir des armatures classiques de béton armé ouvre l’éventail des possibilités avec la réalisation de pièces en BFUP minces, légères, aux formes courbes, perforées ou ajourées.Le frein principal au développement des BFUP demeure leur coût élevé de mise en œuvre par rapport aux bétons courants. Le caractère innovant d’un nouveau projet doit être évalué rapidement, afin de déterminer les surcoûts éventuels, recours à un BE spécialisé, demande d’Atex, essais de convenance… La manutention et la mise en œuvre ne sont, en revanche, pas les étapes les plus coûteuses, dans le cas où les éléments sont livrés préfabriqués sur le chantier, en grandes dimensions.Plusieurs précautions doivent néanmoins être prises lors d’une pose qui nécessite souvent un outil de levage, où la géométrie des éléments doit être contrôlée lors des opérations d’assemblage. Et une attention doit être portée à leur prise au vent lors de leur pose à la grue. Un gros travail de conception des joints, ainsi que des assemblages est aussi à prévoir, afin de garantir des performances cohérentes avec celles des composants. Après sa pose, ce béton souvent laissé apparent est particulièrement durable et ne nécessite aucun entretien.
Un dimensionnement complexe
Béton hybride, le BFUP s’avère difficile à dimensionner correctement. Si le matériau est fabriqué à partir d’un Pre-Mix, le fournisseur délivre des lois de comportement type avec la fiche d’identité. Pour l’analyse des efforts, plusieurs types de composants sont classiquement distingués, plaques minces ou épaisses, poutres, voiles, coques… Un des sujets est d’anticiper et de maîtriser l’orientation des fibres, garant de la résistance postfissuration.
La réduction d’épaisseur avec un coulage en couche mince favorise l’orientation des fibres et augmente la résistance du matériau, ce que souligne Thierry Thibaux, directeur technique chez Eiffage TP : « Si un BFUP est dosé à 200 kg de fibres acier par mètre cube et coulé en grande masse, ce fibrage est équivalent à une densité d’armatures conventionnelles de 80 kg/m3. Lorsque le BFUP est coulé en couche mince, l’effet favorable d’orientation des fibres le long des parois porte l’équivalence à 120 kg d’armatures/m3 ».Les opérations de manutention peuvent aussi être dimensionnantes dans le cas de pièces élancées et de grandes dimensions, en jouant un rôle limitatif sur les dimensions des pièces préfabriquées. Enfin, dans certaines réalisations structurelles, il peut être utile d’armer le BFUP, afin d’optimiser le rapport résistance et économie de matières.
Certes, les calculs de dimensionnement commencent à être bien connus dans les cas simples, qui peuvent être soit l’absence de contraintes structurelles (résille, bardage, toiture…), soit une utilisation de composants de forme simple (plaques ou poteaux), ou industrialisés. Dans le cas de projets plus complexes ou pour les grands chantiers, le dimensionnement peut obliger le BE associé au projet à se tourner vers un confrère spécialisé sur le sujet. Comme les BFUP sortent de la réglementation, la référence est un guide de recommandations établi en 2002 par l’AFGC (Association française de génie civil), en partenariat avec le Setra (Service d’études techniques des routes et autoroutes). La réactualisation de ce guide dans l’esprit des Eurocodes est pratiquement finalisée.
Une des recommandations importantes de l’AFGC est de valider les processus de mise en œuvre par des épreuves de convenance et des carottages sur un élément témoin, en l’absence de références ou de processus de production industrialisé. Ces tests servent, entre autres, à déduire un coefficient noté K qui pondère les lois de comportement théoriques utilisées dans le calcul du dimensionnement. Ce coefficient de sécurité sur la répartition et orientation des fibres est une des indispensables particularités du calcul des BFUP.
Une offre logicielle parcellaire
Complexes à dimensionner, les bétons demeurent réservés à un marché de niche. Les logiciels du marché sont encore rares. Le seul code de calculs existant dans le commerce est Sofistik, capable d’analyser des phénomènes complexes non-linéaires, souvent inabordables sans calcul itératif. Un module Ductal a été développé par cet éditeur en collaboration avec C&E Ingénierie et Lafarge. À partir de plans Autocad, il permet de répartir les contraintes, y compris dans certains cas de BFUP armé, qui peut être utile pour arriver à un compromis résistance et économie de matières. Chez Autodesk, il n’existe pas de module proprement dit pour le béton fibré, mais leur logiciel Robot d’analyse de structures possède une extension de calculs RDM sous forme de surcouche[…]
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