Caroline Ladang Frederic De Meyer Emmanuel Dehousse

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1 Béton de fibres d acier Caroline Ladang Frederic De Meyer Emmanuel Dehousse 1

2 Résumé 1 Définition et historique 2 Caractéristiques 3 Cadre normatif et marquage volontaire Situation actuelle Situation future 2

3 1 DEFINITION & HISTORIQUE 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.» 3

4 Avantages et désavantages Avantages Béton avec une résistance inhérente à la traction Aucun treillis d armature; moins de personnel Comportement post-fissuration; dureté Résistance homogène à la traction Durabilité Désavantages Ouvrabilité Répartition homogène des fibres d acier Exigences plus élevées (procédé de mélange) Aspect esthétique Aspects inconnus 4

5 Production actuelle Depuis les années 70, beaucoup de recherches et de littérature ont été consacrées au BAF, sur la rhéologie, la conception du produit, les essais, 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 sont très limités. Ø Utilisation la plus connue pour des applications non-calculées, dans lesquelles 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 à béton n est pas évidente 5

6 Production actuelle 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 6

7 Perspectives d avenir 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 7

8 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 limité Ø Un squelette inerte continu Ø Un plus gros volume de matériaux fins (phase mortier) Ø Une plus grande quantité d adjuvants 8

9 Caractérisation du BFA Caractéristiques du béton frais Teneur en fibres du béton frais Teneur en fibres effective Homogénéité 8 litres de béton eau X kg de fibres/ m³ de béton 9

10 Caractérisation du BFA Caractéristiques du béton durci Détermination de la résistance à la traction par flexion de dalles rondes üastm C1550 üdalles avec ø de 800 mm et épaisseur de 75 mm üessai avec une dispersion relativement limitée à cause de la plus grande surface fissurée pendant l essai 10

11 3 CADRE NORMATIF - intro Marquage CE Marquage obligée par la loi Certification volontaire BENOR-ATG - Attestation Marque de qualité volontaire Caractéristiques essentielles Contrôle externe limité Toutes les exigences convenues Contrôle externe complet Destiné à «la mise sur le marché» Destinée à «l utilisation correcte» Européenne Nationale 11

12 Marquage CE : généralités Directive des produits de constructions 89/106/CEE Nécessite une transposition dans la législation nationale Niveau d attestation de conformité (AOC) Ex : 1, 1+, 2+, 2, 3, 4 Attestation (déclaration) d un fabricant que son produit est conforme à une norme EN européenne harmonisée Le marquage CE indique que le produit répond aux exigences essentielles à atteindre pour les ouvrages. Règlement européen - 305/2011 Depuis le 1/07/2013 Directement applicable par l ensemble des pays de l Union Européenne. Evaluation et vérification de la constance des performances (AVCP). Ex : 1, 1+, 2+, 3, 4 Le fabricant établi une déclaration de performance (DoP) du produit qui porte sur les caractéristiques essentielles. 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. 12

13 -Directive des produits de constructions 89/106/CEE 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 Règlement européen - 305/2011 Depuis le 1/07/2013 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 le marché. L importateur ou distributeur qui met un produit sur le marché sous son propre nom ou marque = fabricant. 13

14 Exigences du marquage CE 14

15 Marquage CE pour le béton prêt-àl emploi? Pas d application pour le béton (pas d annexe ZA = partie harmonisée). NBN EN & NBN B Mais bien sur les matières premières - ciment (CE1+) - cendres volantes (CE1+) - granulats (+ fillers) (CE4 ou CE2+) - adjuvants (CE2+) 15

16 3 CADRE NORMATIF - précédent FIBRES : «NBN EN (2006) :Fibres pour béton Partie 1 : Fibres d acier Définitions, spécifications et conformité». 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 16

17 ATG actuel Marquage CE 17

18 BETON : Normes du béton NBN EN (2004) NBN B Certification BENOR TRA550 Utilisation des fibres dans le béton prêt-à-l emploi Besoin de règlementations supplémentaires 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 18

19 Attestation SECO pour l application de fibres d acier Contient le concept technologique général et la méthodologie de calcul Acceptation du projet de principes, des règles de calcul et des prescriptions de réalisation Etude initiale de l aptitude du système Essais types initiaux sur le béton de fibres d acier à utiliser Evaluation du type de processus d application Suivi par échantillonnage de l utilisation dans des projets réels 19

20 SITUATION DANS UNE CENTRALE A BETON BENOR 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 peut être 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 certificat ATG La phrase : «ductilité non garantie par la marque BENOR» 20

21 SITUATION DANS UNE CENTRALE A BETON BENOR BON DE LIVRAISON AVEC ATTESTATION Dans le cas particulier que la recette du béton de fibres est couverte par une attestation de conformité supplémentaire qui couvre la résistance en flexion du béton armé avec des fibres, et qu elle a été acceptée par le Comité de Direction, la phrase suivante peut être mentionnée 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 21

22 3 NOUVEAU CADRE NORMATIF ANCIEN NEW Origine QUI? POURQUOI? Marquage CE1 (réglementaire) Marquage CE1 (réglementaire) EN (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 22

23 BETON : «NBN EN 206 (2014) : Béton Spécification, performance, production et conformité». 23

24 ATG - 1 pour fibres d acier 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 24

25 ATG - 1 pour fibres d acier 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 Evaluation de l impact de l ajout des fibres sur 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 Ne donne toujours pas d information sur les performances réelles d une composition de béton dans un élément construit 25

26 ATG - 2 pour fibres d acier ü Détermination du domaine d application pour le système ü 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). 26

27 Essais initiaux et complémentaires Type d ITT Initial Quand l effectuer? 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 Complémen taire 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 27

28 Essais initiaux et complémentaires 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 C ) et conservation d 1 essai complémentaire Essai de flexion sur 18 prismes: 9 suivant NBN B & 9 suivant EN 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 C ) 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 Compléme ntaire Essais sur 1 chargement: Essai de flexion sur 3 dalles (suivant ASTM C ) 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 28

29 Contrôle de conformité béton frais Exigence Quantité de fibres pondérée Valeur déclarée ±3% Quantité de fibres mesurée* 0,85 x valeur déclarée, avec une limite inférieure Répartition homogène des fibres Aucun échantillon ne peut dévier plus que 15% de la moyenne** Conditions Normale Elevée Baissée Fréquence 2 contrôles - par 150 m³ pour le béton catégorie A - par 100 m³ pour le béton catégorie B *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 29

30 Contrôle de conformité partie béton durci Résistance à la traction par flexion ØFréquence d échantillonnage en fonction de la production (min. 2/an) ØEssai de flexion sur 3 dalles (suivant ASTM C ) et conservation d 1 essai complémentaire ØEvaluation des résultats ØIndividuelle: Chaque résultat doit être >0,8 x valeur déclarée ØStatistique: Partant d un intervalle de fiabilité de 90% suivant ISO

31 Contrôle de conformité principe des switching rules La fréquence de contrôle dépend de la fiabilité de l autocontrôle Pour info ØLe 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. 31

32 Installation de production Exigence Méthode ±3% - Nombre de sachets ajoutés - Pondération Dosage (avec enregistrement!) Matières premières Type de fibre (ATG type 1) Quantité Exigence Méthode Conformité avec le bon de livraison Vérification du bon de livraison 32

33 Système de dosage des fibres 33

34 Définition et historique Caractéristiques Cadre normatif ATG Attestation SECO Exigences sous attestation Plan par étapes 34

35 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/y Type de béton /classe en chlorures Classe d environnement Classe de consistance (après ajout des fibres) Granulo Dmax Type de ciment Type de fibres Teneur en fibres (kg de fibres/m³ de béton) 35

36 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/y Type de béton /classe en chlorures Classe d environnement Classe de consistance (après ajout des fibres) Granulo Dmax Type de ciment Type de fibres Teneur en fibres (kg de fibres/m³ de béton) Classe de prestation 36

37 Merci 37