Que faut-il savoir sur le béton fibré ?

Le béton fibré a été un tournant pour le monde de la construction. Développé pour pallier la fragilité du béton classique et peu résistant à la traction, le béton fibré a battu tous les records. Au point que certains mélanges permettent même de faire l’économie des armatures sur les chantiers, en résistant à une traction de 2 300 MPA, contre 500 MPA pour ces dernières.

Néanmoins, les natures de fibres sont nombreuses, et ne confèrent pas toutes au béton fibré les mêmes caractéristiques. 

Caractéristiques du béton fibré pour le bâtiment

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• Résistance à l’impact 

• Renfort structurel 

• Fibres orientées 

• Augmentation des résistances (traction, flexion, compression)

• Amélioration de la résistance aux chocs

Le béton fibré ne doit toutefois pas être considéré comme un matériau en lui-même. Ses caractéristiques dépendent entièrement de sa composition. 

Un béton renforcé avec de la fibre métallique n’a pas les mêmes caractéristiques techniques qu’un béton renforcé avec de la fibre de verre ou de la fibre plastique.

C’est ce que nous allons voir dans la dernière partie de cet article. 

Comment l’utiliser ? 

Le béton fibré peut être utilisé partout. Souvent livré prêt à l’emploi, il peut, suivant ses caractéristiques, ne nécessiter aucune armature. C’est notamment ce que nous allons voir avec le béton structurel. 

Ce matériau peut être livré sur les chantiers prêt à l’emploi, ce qui permet de laisser la préparation de ce type de béton à des spécialistes. 

En effet, certains bétons fibrés possèdent un mélange optimal à 1.5% de fibres, quand d’autres demandent 3% de fibres ou plus.

Nous le verrons dans notre partie consacrée à chaque fibre, mais disons déjà que trop de fibres dans le béton porte notamment atteinte à sa maniabilité. Il s’agit donc d’ajouter des fibres avec modération. 

Quand l’utiliser ? 

Le béton fibré s’emploie dans tous types de travaux, de la fondation jusqu’à l’élévation des murs, en passant par la semelle et d’éventuelles colonnes. 

Du type de fibre qui le compose dépendent ses caractéristiques, et donc son usage. La dernière partie de cet article indique quel type de fibre offre les meilleures caractéristiques en fonction des besoins structurels de la construction. 

Pourquoi utiliser du béton fibré: avantages et inconvénients

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Le béton fibré a au moins 6 avantages, puisqu’il est : 

• Facile à utiliser 

• Idéal pour les grands chantiers

• Léger 

• Durable 

• Ductile 

• Adhérent

D’autres avantages pourraient être cités, comme une meilleure résistance au feu. Toutefois, ces avantages ne sont pas l’apanage du béton fibré en général, mais de certaines fibres en particulier.

Ainsi, et comme nous le verrons plus loin, la résistance au feu du béton fibré est directement liée à l’utilisation de fibres de polypropylène. 

Néanmoins, le béton fibré a aussi ses inconvénients, puisqu’il est : 

• Plus cher

• Moins résistant à l’eau 

• Parfois moins résistant à la compression (cas des fibres plastiques)

• Moins résistant aux tremblements de terre  

Encore une fois, les inconvénients du béton fibré dépendent grandement du type de fibres utilisé. 

Types de béton fibré

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Ultra haute performance

Le BFUP (béton fibré à ultra haute performance) est un type de béton composé de fibres courtes, c’est-à-dire des fibres adaptées à la protection contre le feu et les fissures. 

Ajoutées au mélange, ces fibres synthétiques ou organiques, offrent une résistance à la compression de 150 à 250 MPA, contre 30 MPA pour un béton classique. 

Selon le type de fibres utilisé, le béton fibré permet même de ne plus avoir recours à des armatures passives. C’est notamment le cas du béton structurel que nous détaillerons en fin d’article. 

De manière générale, les principales caractéristiques du BFUP sont :  

• Sa faible perméabilité 

• Sa grande résistance mécanique 

• Sa ténacité et sa ductilité 

• Son faible fluage 

• Sa dureté 

• Sa compacité 

Il ne doit pas être confondu avec le BHP (béton à haute performance), puisqu’il est notamment plus résistant que ce dernier, mais aussi plus sec, plus fibré et plus résistant à la traction. 

Projeté

Les bétons fibrés projetés peuvent être composés de : 

• Fibres métalliques (20 à 50 kg/m³) 

• Fibres polymères (5 à 9 kg/m³) 

Ces fibres assurent au mélange : 

• Une meilleure cohésion 

• Une plus grande résistance au cisaillement 

• De la ductilité 

• Moins d’écaillage sous fortes chaleurs (incendie)

Toutefois, tout dosage doit faire l’objet d’une épreuve de convenance, afin d’être sûr qu’il dispose bien des caractéristiques nécessaires à l’objectif structurel à atteindre. 

Quelles fibres synthétiques peuvent s’y trouver ? 

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Le béton fibré peut être composé d'ajouts de fibres de différentes natures (bambou, fibre de jute, plastique, etc.). Toutefois, la grande majorité d’entre elles appartient aujourd’hui à la catégorie des fibres synthétiques : 

• Fibre de verre 

• Polypropylène 

• Carbone 

• Plastiques 

• Métalliques

Fibre de verre

La fibre de verre agit sur la traction. Elle permet de limiter l’utilisation d’armatures en acier, mais aussi d’augmenter la résistance : 

• À la fatigue

• À la flexion

• À la traction

• Aux chocs 

• Aux fissures 

Sur ce dernier point, les fibres de verre agissent directement sur la taille des fissures, en réduisant leur largeur. 

Par contre, à l’inverse des fibres métalliques que nous allons voir plus loin, la fibre de verre n’améliore pas la résistance à la compression du béton. 

Polypropylène

• Protègent des attaques chimiques et bactériennes 

• Améliorent la force de compression 

• Augmentent la résistance à la flexion 

Les fibres de polypropylène sont utilisées pour rendre le béton plus résistant à la chaleur. Grâce à ces fibres, l’exposition du béton à une température de 1112°F (600°C) ne porte pas atteinte à sa force de compression. 

Plus le béton est riche en fibres de polypropylène, plus la résistance à la flexion est améliorée. Toutefois, plus le nombre de fibres augmente, plus le mélange est instable et difficile à manipuler. 

Le béton composé de fibres de polypropylène est donc principalement utilisé dans les environnements difficiles : 

• Parcs 

• Routes 

• Espaces publics 

• Plages  

Fibres plastiques

• Élèvent l’adhérence de la liaison PET-mélange 

• Augmentent la résistance à la traction

• Améliorent la ductilité 

• Augmentent la résistance à la flexion 

Les fibres plastiques font partie d’un enjeu écologique majeur. Le nombre important des déchets plastiques que produit notre société peut être en partie recyclé dans ce type de béton fibré. 

Il suffit d’ailleurs d’une présence de fibres plastiques à hauteur de 1.5% par volume de béton pour fournir au mélange un renforcement optimal. 

Toutefois, le béton renforcé par des fibres plastiques présente un inconvénient majeur : il réduit sa résistance à la compression. 

Par conséquent, pour pallier cette caractéristique, des additifs sont utilisés, comme le métakaolin ou encore la fumée de silice. 

Fibre de carbone 

• Augmentent la résistance à la flexion 

• Améliorent la ductilité 

• Évitent la dégradation due à la fatigue

• Renforcent la capacité portante 

Les fibres de carbone ne sont pas utilisées isolément. Elles accompagnent le béton polymère pour former un béton appelé CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymers). 

Si la force de compression de ce béton n’est pas améliorée par la présence de fibres de carbone, c’est sa capacité de flexion qui est littéralement doublée. 

Le CFRP est principalement utilisé dans des environnements où le béton est soumis à des intempéries ou à des polluants. 

Structurelle

Utilisé pour renforcer la résistance mécanique du mélange, le béton fibré structurel parvient parfois à remplacer les armatures traditionnelles. 

Cette caractéristique unique est rendue possible par sa composition, puisqu’il comprend 2 types de fibres : 

• Métalliques 

• Macro-synthétiques

Il est utilisé pour construire : 

• Des fondations 

• Des semelles

• Des superstructures 

• Des colonnes

• Des poutres 

• Des dalles

• Des murs

Lorsqu’il remplace totalement les armatures métalliques, le béton fibré structurel permet de réaliser les chantiers plus rapidement puisqu’il économise : 

• La découpe des treillis 

• Le ligaturage 

• L’installation des cales 

Métallique

Les fibres métalliques offrent 3 types de résistance au béton fibré : 

• À la compression 

• À la flexion 

• Au cisaillement 

Le tout est obtenu avec un mélange comportant seulement 3% de fibres d’acier par volume de ciment. 

Nous pourrions être tentés de penser que plus le ciment est riche en fibres métalliques, plus il  est résistant. C’est vrai, mais plus il y en a, moins le béton est maniable. 

Un juste équilibre doit donc être trouvé entre la résistance du béton et sa maniabilité. 

Comment les fibres métalliques renforcent-elles le béton ? 

C’est très simple. Les fibres métalliques permettent au béton de se rompre de manière ductile, ce qui change par rapport à la fissuration du béton classique. 

Ce comportement des fibres permet par exemple aux poutres en béton, renforcées par des fibres métalliques, d’être plus : 

• Rigides 

• Résistantes à l’abrasion

• Résistantes aux chocs 

• Résistantes à l’absorption d’énergie

• Ductiles 

C’est la même chose pour les dalles en béton renforcées par des fibres en acier. Ces dernières sont plus résistantes aux charges. 

Toutefois, les fibres métalliques ont des limites. La qualité de la liaison entre les fibres et le béton est variable. Elle peut ainsi passer d’un coefficient de 1.0 à 2.2, soit plus du double.