Comment bien choisir sa fibre métallique ?

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1 – Qu’est-ce qu’une fibre métallique ? Quel est son rôle ? 

En France, le terme de “fibre métallique” s’est imposé, même s’il s’agit en fait d’une fibre en acier. En anglais, on parle d’ailleurs de “Steel Fiber”. Une fibre métallique est donc un fil d’acier, qui a été tréfilé à partir d’un acier laminé (appelé fil machine) d’un diamètre de 5 à 6 mm. Le principe du tréfilage consiste en la réduction du diamètre de ce fil machine d’origine par passages successifs dans des filières en tungstène aux ouvertures de plus en plus petites à chaque passe. Cette opération est réalisée à froid et à sec à l’aide d’un “savon” de tréfilage. Ce fil d’acier est ensuite formé, puis découpé pour obtenir des fibres avec différents profils ou ancrages aux extrémités.

Ces formes, types d’ancrage ou longueurs et diamètres divers permettent aux fibres d’acier de s’ancrer, de manière optimale, dans la matrice cimentaire, ce qui permet d’exploiter leurs propriétés. En règle générale, les fibres présentent un diamètre compris entre 0,55 et 1 mm, pour des longueurs allant de 35 à 60 mm. 

On trouve aussi des micro-fibres métalliques ultra fines (Ø de 0,12 à 0,20 mm, pour des longueurs de 15 à 20 mm) à utiliser exclusivement dans le Bfup (Béton fibré à ultra hautes performances). 

En moyenne, on peut dénombrer 3 100 fibres/kg pour une fibre standard de 50 mm de long et de 1 mm de diamètre, ce nombre variant selon les dimensions des fibres. 

En France, dans un dallage industriel en béton, par exemple, le dosage en fibres métalliques oscille entre 35 et 40 kg/m³, soit plus de 120 000 fibres/m³de béton. Dans les faits, cela signifie que les fibres sont présentes partout dans le béton, et ce, dans toutes les directions. Ainsi, quel que soit l’endroit où apparaît une fissure, il y aura toujours une fibre pour ponter l’ouverture de cette fissure. La fibre sera mise en traction et pourra reprendre ces efforts par la résistance en traction du fil, qui la constitue. Cette fibre doit donc présenter une certaine résistance à la traction, qui lui permet de contrôler l’ouverture des fissures. Ainsi, grâce à leur présence, une structure en béton contientdes micro-fissures invisibles réparties à sa surface, plutôt qu’une ou plusieurs macro-fissures visibles. 

Les fibres sont très efficaces dans les structures dites “hyperstatiques”, avec appuis répétés et surabondants pour assurer l’équilibre d’une structure (ex : dalle sur sol, dalle sur pieux…). Mais moins bien adaptées aux structures dites “isostatiques” (ex : poutre sur deux appuis). Cela vient du fait qu’elles sont plus performantes dans le cas de redistributions d’efforts dans une structure où la ductilité qu’elles confèrent au béton peut être mise à contribution. Et moins dans le cas d’efforts concentrés, localisés sur une structure.

2 – Quelles sont les différents types de fibres métalliques existant sur le marché ? 

Les fibres métalliques disponibles sur le marché français se différencient par leurs formes, leurs longueurs et leurs diamètres. Mais aussi par les nuances d’acier utilisées dans les fils machine, qui induisent leur résistance à la traction. L’acier mis en œuvre pour leur fabrication est particulier, intégrant un taux de carbone, allant environ de 0,04 % à 0,4 %. C’est ce taux, qui influe sur la résistance à la traction du fil constituant la fibre.

Côté performances mécaniques, on distingue plusieurs classes de résistance : 

• 1 150/1 200 MPa : offre courante et multi-usages, pour les dallages industriels notamment ;
• 1 500 MPa : pour des sollicitations plus importantes, elle permet d’optimiser les performances de la structure ;
• 1 900/2 000 MPa, le haut de gamme constituant l’avenir de la construction, quiest employé pour des applications structurelles diverses telles que radiers, dalles d’étages, voussoirs préfabriqués de tunnels (hors de France uniquement, pour des raisons de législation).

Côté formes, les fibres aux extrémités en crochets sont les plus répandues et constituent près de 95 % de l’offre. On trouve aussi des formes ondulées, à extrémités aplaties, aux extrémités en crochets et aplaties. La forme de la fibre et sa résistance à la traction sont des éléments très importants, car ils déterminent la qualité de l’ancrage dans la matrice cimentaire du béton, donc de la bonne reprise des efforts en traction, en cas d’ouvertures de fissures. 

Les fibres peuvent aussi être encollées, ce qui limite la formation d’oursins (boules de fibres emmêlées) et facile leur dispersion dans la matrice par dissolution de la colle dans l’eau présente dans le béton. 

3 – Quelles sont les caractéristiques qu’il faut regarder quand on doit choisir sa fibre métallique ? 

A vrai dire, les bonnes questions à se poser sont “Quel élément en béton dois-je réaliser ?”, “Quel est mon cahier des charges ?” Et non, “quelle fibre je désire…” 

En fait, il est nécessaire de se rapprocher du fournisseur de fibres et de son bureau d’études, dont la mission est de proposer une fibre en regard du projet à réaliser. Chaque fibre du marché a ses propres caractéristiques. De même, d’un pays à l’autre, la réglementation en termes d’utilisations des fibres métalliques diffère. Ainsi, ce qui est permis en Suède, au Benelux, en Espagne ou en Allemagne par exemple, ne l’est pas nécessairement en France. 

4 – Quelles sont les différentes utilisations des fibres métalliques ?

En France, l’emploi des fibres métalliques dans les bétons est déterminé par des Avis techniques. Pour l’heure, il n’existe pas de normes d’utilisation. Et aucun texte n’autorise l’usage des fibres dans des éléments structurels dans notre pays. 

Toutefois, l’Eurocode 2 est, aujourd’hui, en cours de mise à jour et contiendra une annexe consacrée aux bétons de fibres en acier. 

De son côté, la Suède a déjà édité une norme, qui va déjà dans ce sens. Par ailleurs, la fib (International Federation for Structural Concrete)a publié son dernier Model Code en 2010, qui sert de base à la rédaction des différentes normes en Europe pour le calcul des structures en béton, et traite du calcul des structures en béton de fibres métalliques.

En France, on trouve principalement des fibres métalliques dans les dallages industriels, les semelles filantes pour maisons individuelles, les dalles de ces mêmes maisons, les dalles de répartition, dans les bétons projetés, mais aussi dans la préfabrication et les bétons à ultra hautes performances. 

Ailleurs, les utilisations peuvent être plus larges : dalles d’étages, voussoirs préfabriqués de tunnels réalisés au tunnelier, murs de soutènement, parois cloutées, routes, quais de port… 

Toutefois, les poutres et les poteaux sont les éléments les moins concernés, car les fibres métalliques ne sont pas en mesure de remplacer les aciers longitudinaux souvent importants, mais peuvent, en combinaison avec ces armatures longitudinales, remplacer les cadres et garantir une amélioration du comportement aux efforts tranchants. 

Sujet réalisé en collaboration avec Sébastien Wolf
Chef du département d’ingénierie
ArcelorMittal Fibres
www.arcelormittal.com/wiresolutions

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