Les sols industriels en attente d’un DTU

Avec environ 7,7 millions de m2 de sols et plus de 1 million de m3 de béton par an, la solution béton de fibres couvre près de 35 % du marché actuel des sols industriels : une pénétration progressive qui s’est développée depuis une quinzaine d’années. Encore peu connue au début des années 90, cette technique s’est diffusée grâce à des prix très compétitifs, parfois aux dépens de la qualité. Les dallages sont des ouvrages de fondation qui visent à répartir uniformément et transmettre au sol sous-jacent des charges verticales de toutes natures, celui-ci étant généralement inapte à recevoir des charges concentrées significatives sans l’apparition de désordres (tassements, ruptures…). Les dallages industriels constituent une « interface » devant répondre à différentes actions conjuguées : charges ponctuelles statiques et dynamiques, charges uniformément réparties (stockage en vrac), chocs, contraintes chimiques, contraintes d’entretien. Ils doivent assurer dans le temps les fonctions de supports de stockage ou de machines et de supports de déplacement pour des engins de manutention.

La principale pathologie constatée sur ces ouvrages en béton armé ou non est la fissuration générée par le retrait empêché et par le chargement mécanique. Techniquement, l’usage de fibres dans le béton traduit une recherche de la maîtrise de cette fissuration.

Le béton de fibres tente d’apporter une solution nuancée à la fissuration

C’est une alternative à l’usage des armatures traditionnelles en treillis soudés, une technique éprouvée qui apporte une réponse à ce phénomène avec un succès variable dépendant de la qualité de la mise en œuvre. Le béton de fibres tente d’apporter une solution alternative, homogène et nuancée, à la fissuration, avec une mise en œuvre relativement simple et rapide facilitant l’usage de « laser screeds » pour une exécution mécanisée et précise. Cette technique exploite deux types de fibres, utilisées ensemble ou séparément : les fibres synthétiques, principalement en polypropylène, et les fibres métalliques, principalement en acier. Les fibres synthétiques visent à maîtriser la micro-fissuration du béton à « jeune âge » c’est-à-dire pendant les premières heures du temps de prise. Du fait de leur faible résistance à la traction, elles n’ont aucun rôle structurel, mais elles limitent les départs de fissurations et évitent leur propagation. Elles améliorent également la finition, en limitant les épaufrures au décoffrage des parties singulières. Les fibres métalliques cousent la matrice cimentaire et visent à contrôler la fissuration pendant toute la durée de vie du dallage.

Efforts de traction et de flexion : une résistance améliorée

Elles interviennent en phase de post-fissuration afin de reprendre les efforts aux travers de micro et macro-fissures formées. Elles peuvent jouer un rôle structurel en améliorant la résistance aux efforts de traction et de flexion, ce qui permet un espacement des joints et une diminution relative des épaisseurs de dallages, du fait de la suppression possible des treillis de structure. Aujourd’hui, de 12 à 15 000 t de fibres métalliques sont utilisées chaque année en France pour des dallages, près de 15 millions de m2 réalisés au cours des 10 dernières années.

La nature et le dosage des fibres sont des facteurs essentiels pour la qualité de l’ouvrage (voir ­tableau). Un dosage à 20 kg/m3 peut s’avérer satisfaisant avec une fibre haute performance mais mauvais avec une fibre quelconque. D’une façon générale, la résistance à la traction et à la flexion du béton fibré augmente avec la longueur et le volume de fibres, ainsi qu’avec la résistance propre et la forme de la fibre. Les performances augmentent également avec le rapport l/d de la longueur nominale sur le diamètre équivalent de la fibre. À résultat égal pour un dallage de 20 cm, une fibre d’élancement 80 nécessitera par exemple un dosage de 20 kg/m3 tandis qu’une fibre similaire de 45 nécessitera un dosage de 35 à 40 kg/m3. Pour un même type de fibres, certaines règles, comme la notion de longueur du réseau de fibres au m3, permettent d’esquisser des comparaisons et d’évaluer le dosage, classiquement entre 20 et 50 kg/m3. Il est souvent difficile pour les industriels et entrepreneurs de pouvoir comparer et choisir parmi les nombreux produits proposés aujourd’hui sur le marché.

Aucun marquage CE prévu pour harmoniser les classifications

Il faut s’en remettre aux conseils des fabricants qui ont chacun leurs propres tests, effectués par des bureaux de contrôle différents. Aucun marquage CE n’est, par ailleurs, prévu pour harmoniser les classifications à l’échelle européenne. Ces tests peuvent également mettre en évidence la modification d’autres caractéristiques du béton comme l’amélioration de la résistance aux chocs, propriété intéressante pour les dallages d’usines accueillant certaines machines outils. Des fiches techniques de fabricants annoncent par exemple l’amélioration de la résistance à la fatigue, à la rupture, de la ductilité, de l’imperméabilité, de la résistance à l’abrasion, aux milieux agressifs, au cycle gel-dégel, ou de la résistance au feu. Mais sauf situations spécifiques, ces arguments annexes restent secondaires pour le choix des fibres. Le choix de fibres métalliques est par contre un argument indirect important pour les bâtiments industriels qui intègrent la technologie du filoguidage (voir encadré). Ces fibres n’interfèrent pas avec le guidage électromagnétique de chariots de manutention, un système intégré dans le dallage, contrairement aux treillis soudés qui génèrent des effets d’induction.

Réduire le nombre de joints et leur dégradation

Pour leur mise en œuvre, les fibres sont généralement ­intégrées au béton sur le chantier, soit dans un malaxeur de l’entreprise soit dans la toupie du fournisseur de BPE. Les fournisseurs de béton prêt à l’emploi peuvent aussi transporter directement le mélange fibré préparé en centrale mais cette pratique est peu courante et peut s’avérer plus coûteuse dans l’état actuelle de la filière. Si les fibres se distinguent des treillis par une répartition et une action plus homogènes dans le béton, la pratique pose le problème de leur répartition réelle dans la matrice. Des phénomènes « d’oursins » ou « hérissons » sont parfois constatés, les fibres s’agrégeant et se distribuant par paquets. Ce phénomène se manifeste notamment avec les fibres d’élancement l/d supérieur à 50. Pour réduire ce risque, ­certains fabricants proposent des conditionnements où les fibres sont encollées en parallèle par paquets avec une colle hydrosoluble qui se dissout pendant le malaxage, ou bien simplement empaquetées en parallèle. Pour maîtriser l’altimétrie et la planéité, les dallages sont généralement coulés par bandes alternées à l’aide de coffrages. Les bandes « impaires » sont réalisées successivement et sont complétées en un deuxième temps par les bandes « paires ». Mais ils peuvent aussi être coulés en bandes larges.

La question du rôle et de la vulnérabilité des joints reste identique dans ses principes pour un sol en béton fibré. La conception du dallage est traduite sur un plan de calepinage qui détermine les dalles, les unités comprises entre deux joints, joint de retrait ou de dilatation. Un dallage est considéré en une seule dalle s’il est réalisé en une phase sans autre joint que ceux de l’arrêt de coulage.

La réduction du nombre de joints intéresse les industriels

L’usage de fibres métalliques permet d’augmenter la distance entre joints et de créer des « dallages à joints minimisés ». Avec des dosages de fibres supérieurs à 30 kg/m3 et la technique du coulage en grande largeur, à l’aide d’un « laser screed » par exemple, il est possible de construire des dalles jusqu’à 50 x 50 m, sans joints intermédiaires. Les joints de construction les délimitant sont alors sujet à des ouvertures plus grandes. La réduction du nombre de joints intéresse les industriels car ils limitent les possibilités d’aménagement des espaces, gênent la circulation d’engins de manutention et sont des points faibles, sources de dégradations du dallage dans le temps. Ils conviennent notamment aux bâtiments larges comportant peu de poteaux.

L’utilisation de fibres métalliques ou synthétiques n’empêche pas la pathologie classique observée au droit des joints comme le tuilage (le tirage du béton relève le dallage au droit des joint), le pianotage (des différences de hauteur de part et d’autre des joints) ou les dégradations dues au passage des portes et à la circulation. Ces désordres peuvent être minimisés par des solutions mécaniques comme l’utilisation de goujons, d’ancrages et de profilés métalliques pour relier ou renforcer les éléments sollicités. Pour des usages industriels, le béton de fibres, comme tout autre, peut recevoir les traitements traditionnels de surface et couches d’usure – refluage, saupoudrage ou coulis – excepté les finitions brossées qui révèlent et peuvent déchausser les fibres. Ces traitements permettent par ailleurs de couvrir les fibres en surface laissées parfois apparentes par la laitance issue du serrage et talochage du béton. Un saupoudrage à sec est en général recommandé pour des ouvrages dosés à plus de 20-25 kg/m3, notamment avec des fibres longues et tréfilées. Au regard de la fissuration, la solution béton de fibres en dallages industriels améliore sensiblement la qualité des ouvrages. Essentiel dans la qualité des dallages sur terre-plein, le terrain d’assise doit faire l’objet d’une étude géotechnique préalable à tout projet. Face aux problèmes fréquents de manque de portance et à la raréfaction ou au coût des bons terrains, les maîtres d’ouvrages peuvent choisir un renforcement du sol défectueux pour lui donner les caractéristiques nécessaires, ou bien opter pour la construction d’une dalle sur pieux. Traditionnellement, ces dalles s’appuient sur un système de pieux reliés par un réseau de longrines et sont fortement armées par une double nappe de treillis soudés calés comportant des renforts au droit des têtes de pieux. Elles nécessitent un important travail de préparation des armatures. Aujourd’hui, ces dallages sur pieux peuvent être réalisés à l’aide de bétons de fibres métalliques sans aucune armature et sans longrine transversale. Mis en œuvre depuis une dizaine d’années au Pays-Bas et en Grande-Bretagne, ce système en cours de validation par un cahier des charges de Socotec est maintenant proposé en France par la société Tréfilarbed. Après le forage et coulage des pieux dans le terrain, le béton de fibres est directement coulé sur la couche de forme qui sert de coffrage. Aucune liaison n’est nécessaire entre les pieux et la dalle. Pour éviter des effets de poinçonnement, les pieux peuvent s’arrêter légèrement sous le niveau d’assise, une ­surépaisseur conique étant coulée dans la couche de forme en même temps que la dalle.

Les sols industriels représentent environ 30 % des surfaces de dallage

Des dosages élevés de fibres acier (de type « Tabix 1/60 » ondulées ou « Twincone 1/54 » avec cônes d’ancrage), entre 40 et 50 kg/m3, réalisent les fonctions structurelles et anti-fissuration. En cas de défaillances du terrain, la dalle repose sur les pieux. Avec une surface moyenne de 500 m2 et une durée de chantier de 1 à 2 jours, les travaux de dallages souvent réalisés par des entreprises de gros œuvre sont de plus en plus l’apanage d’entreprises spécialisées, près de 150 en France. Cette profession en quête de reconnaissance s’exprime notamment au sein de l’Unesi (1). En France, les sols industriels (usines, entrepôts…) représentent environ 30 % des surfaces de dallage. Ils concernent les surfaces soumises à de fortes charges. Le reste est réparti sur deux autres catégories : les dallages courants (surfaces de vente, parking, écoles, hôpitaux) et la maison individuelle, secteurs où les sollicitations sont moindres et où l’utilisation de fibres est restée marginale.

Bien que nombre de pays disposent d’une réglementation spécifique pour ces ouvrages (TR 34/ Concrete Society en Grande-Bretagne DIN 18202 et 15185 en Allemagne, Astm E1155F aux USA), les entrepreneurs français en sont encore dépourvus. En gestation depuis près de 10 ans, le futur DTU « Dallages » devrait cependant voir le jour au début de l’année 2004. Le contenu sera très prochainement soumis pour avis aux principales entreprises concernées avant d’éventuelles corrections par la commission pour une version définitive. Il comportera trois grandes parties : le 13.01 pour les dallages de maisons individuelles, le 13.02 pour les dallages courants et le 13.03 pour les dallages industriels. L’arrivée de ce DTU apportera une reconnaissance pour les professionnels du dallage, les démarquant de l’activité gros œuvre, et pourrait susciter une amélioration qualitative. ­Toutefois, le béton de fibres n’y sera pas traité de façon spécifique. Il y sera simplement indiqué que les dallages en béton de fibres doivent répondre aux critères du DTU, au même titre que les autres dallages en béton.

Ce futur DTU fournira un cadre normatif commun entre bétons de fibres et bétons classiques. Pour les dallages en BFM, ce sera un support de référence pour valider les procédés. Aujourd’hui, l’utilisation de fibres est soumise à des cahiers des charges rédigés par des bureaux de ­contrôle. Mais sans le complément d’avis techniques, sans un effort de normalisation des essais ou des types de cahiers de ­charges et sans la possibilité d’une meilleure comparaison des ­produits proposés, ce très attendu DTU ne sera pas suffisant pour soutenir un développement industriel et commercial serein des dallages en bétons de fibres. Ainsi, le retard pris sur certains voisins européens comme la Belgique, l’Allemagne ou les Pays-Bas, aurait de fortes chances de subsister.