Béton de fibres d’acierBéton de fibres d’acier

Caroline LadangFrederic De MeyerEmmanuel Dehousse

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RésuméRésumé

1 – Définition et historique2 – Caractéristiques3 – Cadre normatif et marquage volontaire

Situation actuelleSituation future

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BFA = Béton de Fibres d’Acier

« Le béton de fibres d’acier est un matériau composite, obtenu par l’adjonction au béton, au cours du malaxage, d’environ 0,3 à 1% (v/v) de fibres d’acier. Le résultat est un matériau composite qui présente une résistance à la traction (avant et post-fissuration), ce qui bénéficie, entre autres, à la dureté du béton et la largeur des fissures. »

1 – DEFINITION & HISTORIQUE

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Avantages et désavantagesAvantages et désavantages

Avantages DésavantagesBéton avec une résistance

inhérente à la tractionOuvrabilité

Aucun treillis d’armature; moins de personnel

Répartition homogène des fibres d’acier

Comportement post-fissuration; dureté

Exigences plus élevées (procédé de mélange)

Résistance homogène à la traction

Aspect esthétique

Durabilité Aspects inconnus

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Depuis les années ’70, beaucoup de recherches et de littérature ont étéconsacrées au BAF, sur la rhéologie, la conception du produit, lesessais, les calculs, la durabilité,…Le BFA est considéré comme le béton de l’avenir…

MAIS!Ø En pratique: les volumes de BFA dans le béton prêt à l’emploi sonttrès limités.Ø Utilisation la plus connue pour des applications non-calculées, danslesquelles la résistance à la traction n’est pas comprise

OBSTACLES- Coûts plus élevés- Les projets ne sont pas orientés sur l’utilisation du BFA (prescripteurs)- Pas de cadre normatif- Garantie de la résistance à la traction par flexion dans les centrales àbéton n’est pas évidente

Production actuelleProduction actuelle

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Applications les plus connues- Dalles de fondation et sols sur sol élastique homogène- Murs de cave coulés sur place- Semelles filantes d’habitations individuelles- Couches de compression sur voûtes- Tuyaux d’égout- Revêtement routier- Pistes d’atterrissage

Production actuelleProduction actuelle

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Situations dans lesquelles le comportement post-fissuration est primordial, c.-à-d. quand un échec éventuel ne cause pas que des dommages économiques

- Dalles de fondation sur piliers- Sols et réservoirs étanches- Couches de compression sur voûtes- Constructions dans des zones à grande sismicité- Prédalles- Applications dans un environnement agressif où l’enveloppe en béton de fibres d’acier de haute qualité sert de protection pour la construction en béton

Perspectives d’avenirPerspectives d’avenir

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2 – CARACTERISTIQUES

MIX-DESIGN BETON:La rigidité des fibres et leur forme spécifique ont une influence négative sur l’ouvrabilité du béton. Une conception de mélange adaptée est indispensable:Ø Utilisation de granulats avec Dmax limitéØ Un squelette inerte continuØ Un plus gros volume de matériaux fins (phase mortier)Ø Une plus grande quantité d’adjuvants

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Caractéristiques du béton frais§ Teneur en fibres du béton frais§Teneur en fibres effective§Homogénéité

Caractérisation du BFACaractérisation du BFA

8 litres de béton

eau

X kg de fibres/ m³ de béton

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Caractéristiques du béton durci§Détermination de la résistance à la traction par flexion de dalles rondesüASTM C1550üDalles avec ø de 800 mm et épaisseur de 75 mmüEssai avec une dispersion relativement limitée à cause de la plus grande surface fissurée pendant l’essai

Caractérisation du BFACaractérisation du BFA

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Marquage CE Certification volontaireBENOR-ATG - Attestation

Marquage obligée par la loi Marque de qualité volontaire

Caractéristiques essentielles Toutes les exigences convenues

Contrôle externe limité Contrôle externe complet

Destiné à « la mise sur le marché » Destinée à « l’utilisation correcte »

Européenne Nationale

3 – CADRE NORMATIF - intro

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Marquage CE : généralités

Directive des produits de constructions –89/106/CEE

Règlement européen - 305/2011Depuis le 1/07/2013

Nécessite une transposition dans la législation nationale

Directement applicable par l’ensemble des pays de l’Union Européenne.

Niveau d’attestation de conformité (AOC)Ex : 1, 1+, 2+, 2, 3, 4

Evaluation et vérification de la constance des performances (AVCP).Ex : 1, 1+, 2+, 3, 4

Attestation (déclaration) d’un fabricant que son produit est conforme à une norme EN européenne harmonisée

Le fabricant établi une déclaration de performance (DoP) du produit qui porte sur les caractéristiques essentielles.

Le marquage CE indique que le produit répond aux exigences essentielles à atteindre pour les ouvrages.

Le marquage CE indique que le fabricant (ou le responsable de la mise sur le marché) assume la responsabilité de la conformité du produit avec ses performances déclarées.

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-Directive des produits de constructions – 89/106/CEE

Règlement européen - 305/2011Depuis le 1/07/2013

Les six exigences essentielles pour les ouvrages sont :- Résistance mécanique et stabilité - Sécurité en cas d’incendie- Hygiène, santé et environnement- Sécurité d’utilisation- Protection contre le bruit et isolation thermique- Economie d’énergie

Distinction entre caractéristiques des produits (exigences essentielles) et caractéristique des ouvrages de construction (exigences fondamentales).7 exigences fondamentales :+ Utilisation durable des ressources naturelles

Importance de la première mise sur lemarché.L’importateur ou distributeur qui met un produit sur le marché sous son propre nom ou marque = fabricant.

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Exigences du marquage CEExigences du marquage CE

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Marquage CE pour le béton prêt-à-l’emploi ?

Marquage CE pour le béton prêt-à-l’emploi ?

Pas d’application pour le béton (pas d’annexe ZA = partie harmonisée) .

NBN EN 206-1 & NBN B15-001

Mais bien sur les matières premières- ciment (CE1+)- cendres volantes (CE1+)- granulats (+ fillers) (CE4 ou CE2+)- adjuvants (CE2+)

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3 – CADRE NORMATIF - précédent

Marquage CE niveau 1 pour les utilisations structurelles :

Obligations du producteur :- Manuel FPC- ITT sur les fibres - ITT sur béton avec fibres (ouvrabilité + teneur en fibres à définir pour

obtenir deux résistances à la flexion résiduelle définies)

- Autocontrôle

Obligations de l’organisme de certification:- ITT (prise échantillon externe et résultat labo externe) - Vérification de l’autocontrôle- Audit FPC initial puis annuel

FIBRES : « NBN EN 14889 -1 (2006) :Fibres pour béton – Partie 1 : Fibres d’acier – Définitions, spécifications et conformité ».

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ATG actuel ≈ Marquage CE

BETON : Normes du bétonNBN EN 206-1 (2004)NBN B15-001Certification BENORTRA550

ØCaractéristiques de résistance à la flexion ne sont pas incorporées

ØBesoin d’un ITT plus étendu

ØEssais spécifiques et contrôle de conformité nécessaires à la caractérisation des caractéristiques mécaniques (résistance à la traction et comportement post-fissuration)

ØProduit = ‘Béton armé’

Besoin de règlementations supplémentaires

Utilisation des fibres dans le béton prêt-à-l’emploi

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Attestation SECO pour l’application de fibres d’acier

ü Contient le concept technologique général et la méthodologie de calcul

ü Acceptation du projet de principes, des règles de calcul et des prescriptions de réalisation

ü Etude initiale de l’aptitude du systèmeü Essais types initiaux sur le béton de fibres d’acier à utiliserü Evaluation du type de processus d’applicationü Suivi par échantillonnage de l’utilisation dans des projets réels

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BONS DE LIVRAISON SANS ATTESTATION

TRA 550 (Version 2.3) : Annexe 10, art. 3

Si des fibres avec certificat ATG sont incorporées à l’unité de production, le béton peutêtre livré sous la marque BENOR. Il y a lieu de mentionner sur le bon de livraison :· Le type et la quantité de fibres ajoutées ainsi que le numéro de certificatATG· La phrase : « ductilité non garantie par la marque BENOR »

SITUATION DANS UNE CENTRALE A BETON BENOR

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Dans le cas particulier que la recette du béton de fibres est couverte par une attestation deconformité supplémentaire qui couvre la résistance en flexion du béton armé avec desfibres, et qu’elle a été acceptée par le Comité de Direction, la phrase suivante peut êtrementionnée sur le bon de livraison:

“résistance en flexion garantie par l’attestation de conformité n° xxx”.

Dans ce cas particulier, le type et la quantité de fibres ne doivent pas être mentionnés. (A mentionner: le numéro du certificat ATG)

Ces données doivent être disponibles pour chaque contrôle interne et externe

BON DE LIVRAISON AVEC ATTESTATION

SITUATION DANS UNE CENTRALE A BETON BENOR

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3 – NOUVEAU CADRE NORMATIF

ANCIEN NEW Origine QUI? POURQUOI?

Marquage CE1 (réglementaire)

Marquage CE1 (réglementaire)

EN 14889 -1 (2006)

Producteur de fibres

Aptitude générale

ATG ≈ CE1 ATG – Type 1 EN 206(2014)

Producteur de fibres

Aptitude spécifique(béton frais)

Attestation SECO – STEEL MIX

ATG – Type 2 Guide d’agrément

Producteur de fibres avec

Producteur béton

Aptitude spécifique(béton durci)

Les règles d’obtention de l’ATG sont reprises dans le guide d’agrément et ce dernier couvre les différentes fibres dans les mélanges cimentaires et les

différentes caractéristiques visées

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BETON : « NBN EN 206 (2014) : Béton – Spécification, performance, production et conformité ».

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L’Agrément Technique pour les fibres d’acier contient

üLes caractéristiques de base des fibres (essais en externe = CE1+)- Dimensions et géométrie- Résistance à la traction (par classe)- Protection contre la corrosion

üDirectives d’utilisation

ATG - 1 pour fibres d’acier

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Evaluation de l’impact de l’ajout des fibressur les performances élémentaires du béton:

C25/30 EE2 et C35/45 EE4

Comparaison sur deux compositions type (sans fibres et avec une teneur en fibres maximum).

Béton frais : homogénéité de la teneur en fibres & impact sur l’ouvrabilité

Béton durci : Fck

ATG - 1 pour fibres d’acier

Ne donne toujours pas d’information sur les performances réelles d’une composition de béton dans un élément construit

Démonstration qu’il est possible d’obtenir un béton homogène et ouvrable, contenant des fibres, fabriqué selon les

recommandations d’utilisation du producteur de fibres

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ATG - 2 pour fibres d’acier

ü Détermination du domaine d’application pour le systèmeü Détermination des caractéristiques (sous certification) des matériaux

- Béton Benor, composition est imposée par le titulaire d’attestation

- Fibres, avec ATG-1

ü Autres caractéristiques avec une méthodologie de calcul définie peuvent être attestées.

- Exemple : Caractéristiques sous certification : Résistance à la flexion

- Répartir les compositions de béton en classes QPC (Quality Perform Concrete), sur base d’essais de flexion sur dalles, convertis en résistances de flexion sur prismes. Chaque classe est caractérisée par fRm,1 et fRm,4

- Chaque classe QPC donne une valeur qui part des résultats d’essai moyen, avec des facteurs de sécurité partiels

- Détermination de la méthodologie de calcul, indication de la classe QPC minimale et maximale tolérée pour l’application.

ü L’attestation peut être étendue vers des unités de production de béton et des bureaux d’études (avec impact sur les facteurs de sécurité).

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Type d’ITT Quand l’effectuer?Initial §Au début des livraisons du béton de fibres d’acier sous résistance à

la traction par flexion garantie§Modification du type de fibre

Complet §Lors de l’attestation d’une unité de production supplémentaire avec des matières premières différentes§Lors de modifications importantes du squelette inerte/forme des granulats§Lors d’une modification de la classe de résistance à la compression

Complémentaire

§ Lors de l’attestation d’une unité de production supplémentaire avec des matières premières identiques§Lors de modifications limitées du squelette inerte/forme du granulat§Lors d’une dégradation de la classe de résistance à la compression

Réalisation de l’ITT en présence de la tierce partie

Essais initiaux et complémentairesEssais initiaux et complémentaires

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Type d’ITT Que faut-il faire?Initial Essais sur 5 chargements différents par recette. Les essais sont effectués

sur chaque chargement.§ Essai de flexion sur 3 dalles (suivant ASTM C1550-02) et conservation

d’1 essai complémentaire§ Essai de flexion sur 18 prismes: 9 suivant NBN B15-238 & 9 suivant EN

14651§ Evaluation du dosage correcte et de la répartition homogène des fibres§ Précision de dosage, Cmin, facteur E/C par brûlage, résistance à la

compression

Complet Essais sur 3 chargements différents, avec 3 teneur en fibres différentes.Par chargement: § Essai de flexion sur 3 dalles (suivant ASTM C1550-02) et conservation

d’1 essai complémentaire§ Evaluation du dosage correcte et de la répartition homogène des fibres§ Précision de dosage, Cmin, facteur E/C par brûlage, résistance à la

compression

Complémentaire

Essais sur 1 chargement: § Essai de flexion sur 3 dalles (suivant ASTM C1550-02) et conservation

d’1 essai complémentaire§ Evaluation du dosage correcte et de la répartition homogène des fibres§ Précision de dosage, Cmin, facteur E/C par brûlage, résistance à la

compression

Essais initiaux et complémentairesEssais initiaux et complémentaires

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Contrôle de conformité – béton fraisContrôle de conformité – béton frais

Exigence Conditions FréquenceQuantité de fibres pondérée

Valeur déclarée± 3 %

Quantité de fibres mesurée*

≥ 0,85 x valeur déclarée, avec une limite

inférieure

NormaleElevéeBaissée

2 contrôles- par 150 m³ pour le béton catégorie A- par 100 m³ pour le béton catégorie B

Répartitionhomogène des fibres

Aucun échantillon ne peut dévier plus que

15% de la moyenne**

*La quantité mesurée est définie comme la moyenne d’un échantillon malaxeur début et d’un échantillon malaxeur fin**Un échantillon est la moyenne de 2 mesures

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Résistance à la traction par flexionØFréquence d’échantillonnage en fonction de la production

(min. 2/an)ØEssai de flexion sur 3 dalles (suivant ASTM C1550-02) et conservation d’1 essai complémentaireØEvaluation des résultats

ØIndividuelle: Chaque résultat doit être >0,8 x valeur déclaréeØStatistique: Partant d’un intervalle de fiabilité de 90% suivant ISO 12491-1997

Contrôle de conformité – partie béton durciContrôle de conformité – partie béton durci

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Contrôle de conformité – principe des switching rulesContrôle de conformité – principe des switching rules

La fréquence de contrôle dépend de la fiabilité de l’autocontrôle

Pour infoØLe contrôle commence avec ‘Conditions normales’. ØQuand il y a eu assez de résultats d’essai conformes, on peut évoluer vers une fréquence d’essai inférieure. Lors de résultats d’essai non-conformes, et si la cause de la non-conformité est inconnue, on évolue vers une fréquence supérieure.

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Matières premières

Exigence MéthodeDosage (avec enregistrement!)

± 3 % - Nombre de sachets ajoutés- Pondération

Exigence MéthodeType de fibre (ATG – type 1)Quantité

Conformité avec le bon delivraison

Vérification du bon de livraison

Installation de production

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Système de dosage des fibres

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Définition et historique

Caractéristiques

Cadre normatif§ATG§Attestation SECO

Exigences sous attestation

Plan par étapes

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SITUATION DANS UNE CENTRALE A BETON BENOR

ATG xx/xxxx – TYPE 1

Béton certifié avec une quantité de fibres garantie

Classe de résistance (après ajout des fibres) : Cx/yType de béton /classe en chlorures

Classe d’environnement

Classe de consistance (après ajout des fibres)

Granulo – Dmax

Type de ciment

Type de fibresTeneur en fibres (kg de fibres/m³ de béton)

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SITUATION DANS UNE CENTRALE A BETON BENOR

ATG xx/xxxx – TYPE 2

Béton de fibre certifié avec des prestations garanties

Classe de résistance (après ajout des fibres) : Cx/yType de béton /classe en chlorures

Classe d’environnement

Classe de consistance (après ajout des fibres)

Granulo – Dmax

Type de ciment

Type de fibresTeneur en fibres (kg de fibres/m³ de béton)

Classe de prestation

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Merci