Technologie du matériau

Le BFUP présente une très haute résistance à la traction,à la compression et une excellente durabilité. Ces pro – priétés exceptionnelles découlent directement des trois développements technologiques fondamentaux suivants:

Optimisation du squelette granulaire

La granularité est élargie dans les fractions très fines par l’utilisation de fumée de silice, qui a pour effet de remplir de façon optimale les interstices du squelette granulaire.
De plus, le remplacement des granulats grossiers par du sable de quartz conduit à une très grande compacité et une ex cellente homogénéité. La matrice ainsi obtenue présente une réduction drastique de la taille des défauts internes (fig. 1.3).

Réduction du rapport e/c

Comparativement à un béton usuel ou à un béton à haute résistance, le BFUP présente une quantité d’eau de gâchage similaire et un dosage en ciment nettement supérieur. Il en résulte un rapport e/c beaucoup plus bas, Fig. 1.3
Composants d’un BFUP: fumée de silice, ciment et sable de quartz donc une forte réduction de la porosité de la pâte de ciment durcie. La taille moyenne des pores est fortement réduite et ceux-ci ne sont plus interconnectés. De par le très faible rapport e/c, les grains de ci ment ne peuvent s’hydrater complètement et agissent, dans la matrice, comme un filler de haute qualité. Ceci confère au béton un excellent potentiel d’auto-cicatrisation. La consistance du béton frais est garantie par l’utilisation de fluidifiants de nouvelle génération.

Propriétés du béton frais

Le BFUP est un matériau à base de liant hydraulique, qui durci à température ambiante lorsque qu’il est mélangé à l’eau de gâchage. Il ne nécessite aucune vibration lors de sa mise en place. Son excellente ouvrabilité autorise à la fois des applications en préfabrication et sur chantiers.
La consistance, adaptée au mode de mise en place, peut être fluide dans le cas d’un coffrage de géométrie complexe ou thixotrope dans le cas d’un bétonnage en pente.

Propriétés du béton durci

Le BFUP présente une très haute résistance mécanique, une excellente résistance à l’abrasion et une très grande résilience, très favorable en cas de choc ou d’explosion.En plus de ses propriétés mécaniques, le BFUP présente une très haute résistance à la carbonatation, aux attaques acides, aux attaques sulfates et au gel en présence de sels, ce qui garantit une excellente protection des fibres et des armatures éventuelles, même en cas de faible enrobage.

Compression

Lors d’un essai de compression, le BFUP se comporte pratiquement de façon linéaire jusqu’à la contrainte maximale.
Les fibres métalliques permettent ensuite d’éviter une rupture fragile (fig. 1.5).
Ces propriétés peuvent encore être améliorées par une cure thermique. La résistance à la traction et à la compression du BFUP assurent une adhérence élevée avec les armatures et permettent une réduction des longueurs.

Matériau

Traction

Le comportement d’un BFUP lors d’un essai de traction présente trois domaines distincts: élastique,écrouissant (fonction du type, du dosage et de la géométrie des fibres) et adoucissant (fig. 1.6). La résistance à la traction d’un BFUP dépasse nettement celle d’un béton usuel ou à haute résistance et peut être considérée dans le calcul de résistance en section. Une fois la résistance en traction de la matrice cimentaire atteinte, le fibrage métallique assure une microfissuration répartie et pratiquement invisible. Il confère ainsi au BFUP une capacité de déformation jusqu’à environ 2‰ d’allongement. Une fois la résistance maximale en traction du BFUP atteinte, les déformations se concentrent dans une seule fissure qui s’ouvre progressivement avec un arrachement des fibres.
La contrainte de traction diminue graduellement avec l’ouverture de la fissure pour tomber à zéro à l’arrachement total des fibres. A ce stade, l’ouverture maximale de la fissure correspond environ à une demi-longueur de fibre (wmax ≈ lf/2).

Incendie

Tout comme un béton usuel, le BFUP est incombustible.
Selon l’application visée, une addition judicieuse de fibres de polypropylène particulières permet d’obtenir un BFUP résistant au feu.

Applications

Domaines d’applications

Les domaines d’applications du BFUP sont très variés. Le BFUP peut être utilisé seul ou être lié monolithiquement, avec un béton usuel ou des poutres métalliques, pour fonctionner comme une structure mixte. Son emploi sera d’autant plus efficace si plusieurs de ses propriétés particulières (durabilité, résistance à la compression et à la traction) sont exploitées simultanément (fig. 2.1). Les principales applications peuvent être classées dans trois domaines : nouvelles constructions, renforcement/réhabilitation de structures et éléments non structurels.
La fig. 2.2 illustre les sections de poutres de même résis -tance, conçues avec différents matériaux. L’économie de matériau, rendue possible par l’utilisation d’un BFUP, est clairement mise en évidence. La réduction de section de la structure porteuse permet d’augmenter les volumes exploitables, alors que la réduction de la masse rend possible une diminution de la taille des fondations et des porteurs verticaux. A masses linéaires égales, il serait aussi possible d’augmenter les portées des poutres, donc de réduire le nombre de colonnes. Dans le cas du BFUP, en particulier en cas de poutres précontraintes, il est possible de se passer d’armature passive, ce qui signifie une intervention manuelle de moins.
Dans le cas d’une réhabilitation d’un élément en béton armé, la couche de BFUP peut jouer un rôle de protection ou de renforcement (fig. 2.3).

Exemples d’applications

Etanchéité du pont de Brunnentobel, Rüthi

Le pont de Brunnentobel, situé sur la commune de Rüthi (SG), a été réalisé vers la fin des années soixante en béton armé, compacté par damage. Selon l’usage courant de l’époque, aucune étanchéité n’a été mise en place pour protéger la dalle de roulement. Afin de stopper la corrosion naissante des armatures et d’assurer une prolongation de la durée d’utilisation, il a été décidé de protéger et d’étancher le pont par une couche de BFUP Holcim. Le support, c’est-à-dire la dalle de roulement ainsi que la partie supérieure des faces latérales, a été préparé par hydrodémolition. La dalle de roulement, présentant une pente de 5%, a ensuite été recouverte par une couche de BFUP d’une épaisseur moyenne de 3 cm. Le BFUP a été produit sur le chantier à l’aide d’un malaxeur mobile.
Cette couche de BFUP sert à la fois de protection et de reprofilage de la surface. L’utilisation du BFUP a permis de confiner la zone de travaux au pont seul. Effectivement, une variante usuelle de surbéton muni d’une étanchéité aurait nécessité une épaisseur plus importante et une adaptation du profil de la chaussée, ainsi que du trottoir, avant et après le pont. Cette limitation de la zone de travaux de revêtement a rendu la variante BFUP plus économique. De plus, la durée d’intervention a été fortement raccourcie (mise en soumission en juin, réalisation en septembre et octobre de la même année).
Les principaux avantages de la variante en BFUP Holcim étaient les suivants :
• Faible épaisseur de la couche de BFUP permettant d’éviter des adaptations du profil de la chaussée et du trottoir.
• Très haute résistance à la carbonatation et à la pénétration
des chlorures garantissant la protection des armatures existantes.
• Limitation de la durée totale des travaux à huit semaines, sans interruption de trafic.

Renforcement de la dalle d’un garage de caserne de pompiers, Genève

La dalle nervurée de la halle aux véhicules de la caserne des pompiers de Genève, construite en 1957,ne présentait pas une sécurité structurale suffisante pour accueillir la nouvelle génération de tonne-pompe et nécessitait un renforcement. Le projet original, prévoyant une démolition et reconstruction à neuf, a été avantageusement substitué par une variante d’entreprise. Celle-ci était basée sur un renforcement de la dalle existante par une couche de BFUP armé de 50 mm d’épaisseur. Le BFUP, intégralement produit par la centrale Holcim de Vernier, a été mis en oeuvre en six étapes de 8 m3. Le niveau final de la couche de BFUP a été assuré par l’emploi d’une poutre vibrante. La cure a été effectuée à l’aide d’un produit de cure usuel.
Cette caserne des pompiers jouant un rôle capital pour la sécurité en ville de Genève, il était hors de question d’en perturber trop son exploitation durant les travaux. Cette fonction particulière, ainsi que la situation urbaine du bâtiment, ont mis en exergue de nombreux avantages de la variante en BFUP Holcim:
• Utilisation non perturbée des locaux de l’étage infé – rieur grâce à la conservation de la dalle existante. De plus, l’équipement technique suspendu sous la dalle a pu être intégralement maintenu.
• Le BFUP permet un renforcement à la flexion et à l’effort tranchant sans augmentation du poids propre.
• Très faible entrave à l’exploitation de la caserne des pompiers (en alerte permanente) par la possibilité d’une exécution par étapes.
• Emissions de bruits et de poussières très limitées (environnement urbain sensible).
• Réduction drastique des transports de matériaux (très peu de matériaux de démolition et volume de nouveau BFUP très limité).
• Forte réduction de la durée des travaux par rapport à la variante de remplacement.

BFUP Holcim – données techniques et recommandations pratiques

Béton fibré à ultra-hautes performances

Le BFUP Holcim 707/710 a été développé sur la base des principes technologiques décrits au chapitre 1, en prenant particulièrement en compte la réduction des émissions de CO2 grâce à l’utilisation de ciments à faible taux de clinker. Le BFUP Holcim 707/710 est un prémix industriel, constitué de ciment selon SN EN 197-1, de fumée de silice selon SN EN 13267 et de sable de quartz, conditionné en sacs de 25 kg ou en big bags. Les fibres et l’adjuvant (livrés en même temps que le prémix), ainsi que l’eau de gâchage sont ajoutés lors du malaxage. Le BFUP Holcim 707 présente une consis tance fluide et convient particulièrement aux applications horizontales et aux éléments coffrés, alors que le BFUP Holcim 710 est prévu pour les bétonnages sur des supports en pente.
Le BFUP Holcim 707/710 dépasse largement les exigences de la norme SN EN 1504-3 «Produits et systèmes pour la protection et la réparation des structures en béton – Réparation structurale et non structurale» (classe R4).

Consignes de mélange

Des consignes de mélange du Holcim 707/710, indiquant précisément les dosages de l’eau, de l’adjuvant et des fibres, sont élaborées spécifiquement pour chaque objet.
Le malaxage peut se faire sur chantier à l’aide de ma – laxeurs usuels à axe vertical. La durée de malaxage, qui dépend du mélange utilisé, du volume de la gâchée et du type de malaxeur, est de 8 à 20 minutes. La gestion des matériaux, en particulier en centrale à bétons, doit être planifiée en détail pour optimiser la manutention et les temps de production. Afin d’éviter la formation d’agglomérats de fibres (oursins), il faut veiller à les séparer (à l’aide d’une grille ou d’une goulotte vibrante) avant leur introduction dans le mélange visqueux. La haute viscosité du BFUP à l’état frais impose une importante puissance du malaxeur. Il est conseillé de limiter le remplissage du malaxeur aux deux tiers de sa capacité. L’introduction optimale des composants dans le malaxeur se fait de la façon suivante:
1. Introduction de 50% du prémix (ciment, fumée de silice et sable)
2. Déversement de la totalité de l’eau de gâchage, puis de l’adjuvant
3. Introduction du solde du prémix
4. Ajout des fibres.
Dans le cas de centrales fixes, l’eau de lavage (recyclée) risque de contenir des fibres.

Mise en place et cure

La mise en place du BFUP Holcim 707/710 peut se faire à l’aide d’outils de chantier usuels (brouettes,pelles, râteaux). Le dimensionnement des coffrages doit se faire en admettant une poussée hydrostatique du béton frais.
De par la grande finesse des constituants, le coffrage doit être particulièrement étanche (aucune capacité de colmatage des joints entre les panneaux). En cas d’application monolithique sur un béton existant, le support doit être rendu rugueux (si possible par hydrodémolition), nettoyé et saturé d’eau avant le bétonnage. Ces exigences sont identiques à celles d’un mortier de réparation usuel.
Le BFUP Holcim 707/710 atteint ses caractéristiques mécaniques sans recourir à une cure thermique. Dès sa mise en place, le BFUP Holcim 707/710 doit être protégé de la dessiccation par des méthodes de cure garantissant une humidité de surface durant 7 jours (brumisation d’eau puis recouvrement d’une feuille plastique). Dans certains cas, il est aussi possible de recourir à des pro – duits de cure. A l’état durci, le BFUP peut être travaillé (sciage, forage, ponçage) comme un béton usuel.