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Résumé

Ce guide de conception et de réalisation de systèmes constructifs en BFUP repose essentiellement sur l’analyse de projets réalisés par l’auteur en partenariat avec des architectes, des entreprises et des industries. En vue de diffuser le savoir-faire associé à ce nouveau matériau, il contient notamment les éléments d’une méthode permettant d’associer à la forme produite son analyse et sa mise en œuvre.

« Les BFUP constituent l’une des inventions majeures de la fin du XXe siècle dans le domaine de la construction. Depuis près de vingt-cinq ans ils ont permis la réalisation d’ouvrages restés longtemps impensables ou irréalisables.

Trois « ingrédients » indispensables caractérisent la recette de ce succès :

•  l’amélioration de la résistance et de la compacité des matériaux cimentaires

•  la réduction des défauts induits par les granulats naturels

•  l’incorporation de fibres conférant au matériau une capacité résistante post-fissuration et, donc, un comportement pseudo-ductile.

En matière de propriétés constructives, le résultat se traduit principalement par un saut de gamme décisif dans la résistance en compression...

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Chez le même éditeur

Collection « Eurocode » coéditée avec Afnor éditions

EC8

Victor Davidovici, Conception-construction parasismique, préface de J.-A. Calgaro, introductions de M. Kahan, J. Attias & J. Stubler, 2016, 1 024 p. en couleurs, relié.

Victor Davidovici, Dominique Corvez, Alain Capra, Shahrokh Ghavamian, Véronique Le Corvec et Claude Saintjean, Pratique du calcul sismique, 2e éd., 2015, 244 p.

Claude Saintjean, Introduction aux règles de construction parasismique. Applications courantes de l’Eurocode 8 à la conception parasismique, 2014, 352 p.

Wolfgang & Alan Jalil, Conception et analyse sismiques du bâtiment. Guide d’application de l’Eurocode 8 à partir des règles PS 92/2004...

Jean-Marc Weill

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ÉDITIONS EYROLLES

61, bd Saint-Germain

75240 Paris Cedex 05

www.editions-eyrolles.com

En première page de couverture : couverture d’un bâtiment de traitement des déchets avec des poutres BFUP à fibres métalliques précontraintes

Entreprise : HUAXIN CEMENT – Chine continentale

Photo © HUAXIN CEMENT

En frontispice : détail...

Table des matières

Préface

Préambule

CHAPITRE 1. Le monde des matériaux

1.1Recherche d’un domaine

1.2Quelques repères historiques

1.3Du matériau de rencontre au matériau sur mesure

1.4Des stratégies de développement

CHAPITRE 2. Le liant, la pierre, le grain et l’eau, la fibre

2.1Premières stratégies de fabrication

2.2Le ciment hydraulique

2.3L’association acier-béton...

Préface

Les BFUP (bétons fibrés à ultra-hautes performances) constituent l’une des inventions majeures de la fin du XXe siècle dans le domaine de la construction. Issus des recherches de l’un des majors du domaine, tout en combinant les résultats de plus de vingt ans de recherches académiques et de développements de produits, dont la mise en relation n’avait pas encore été effectuée, puis déclinés dans plusieurs gammes industrielles validées par des applications en nombre croissant, ils ont permis depuis près de 25 ans la réalisation d’ouvrages impensables ou irréalisables pour l’ingénieur des années 1980. Trois « ingrédients » indispensables caractérisent la recette de ce succès :

•l’amélioration de la résistance et de la compacité des matériaux cimentaires par une réduction drastique du rapport eau/liant (réduction rendue possible et efficace par les progrès de la chimie des adjuvants) ;

•la réduction des défauts induits par les granulats naturels en limitant leur taille, en sélectionnant leur nature et en optimisant leur granulométrie (démarche rendue possible par le développement décisif des modèles mathématiques d’empilement granulaire) ;

•l’incorporation de fibres conférant une capacité résistante post-fissuration et donc un comportement pseudo-ductile au matériau (action rendue possible par les recherches exploratoires sur les bétons de fibres conventionnels, et d’autant plus efficace que la qualité de la matrice cimentaire des BFUP permet d’introduire un pourcentage de fibres nettement plus important).

Le résultat, en matière de propriétés constructives, se traduit principalement par un saut de gamme décisif dans la résistance en compression (plus de 130 MPa) et les propriétés de durabilité, et par la possibilité de se dispenser le plus souvent du ferraillage secondaire traditionnel, donnant au concepteur la liberté de nouvelles formes : résilles, plaques minces nervurées ou, notamment, coques minces uniquement précontraintes.

La communauté française a été pionnière dans la compréhension du potentiel des BFUP, dans la mise au point de solutions industrielles variées, et dans l’élaboration d’un référentiel favorisant leur usage sûr, avec les jalons qu’ont constitué les recommandations de l’AFGC (premières au niveau mondial en 2002, révisées en 2013) puis les normes NF P 18 470, NF P 18 710 et NF P 18 451 publiées entre 2016 et 2018. Ce référentiel s’est construit en lien avec plusieurs applications décisives et variées : les poutres précontraintes de l’aéroréfrigérant de Cattenom, les ponts routiers de Bourg-lès-Valence, l’auvent de la barrière de péage de Millau, les résilles, les poteaux et les passerelles du MuCEM, la rénovation du stade Jean Bouin, l’Anneau de la Mémoire à Notre-Dame-de-Lorette, etc., mais aussi en s’appuyant sur plusieurs programmes de R&D collaboratifs : projets MIKTI, Orthoplus et Badifops en particulier.

Compte tenu du marché, les BFUP en France n’ont pas percé sous la forme d’une niche technique « industrielle » principale adaptée à un usage profitable systématique, contrairement à l’Amérique du Nord (joints de clavage en réparation d’ouvrages d’art), à la Suisse (revêtement de tabliers de ponts) ou à la Malaisie (ponts constitués d’éléments préfabriqués précontraints). En dehors...

Préambule

Cet ouvrage sur la conception et la réalisation de systèmes constructifs en BFUP est une contribution aux évolutions fortes, constantes et continues associées au domaine des bétons fibrés à ultra-hautes performances. Il s’appuie essentiellement sur l’analyse de retours d’expériences de projets réalisés ou en cours de réalisation faite en partenariat avec des architectes, des entreprises et l’industrie à l’origine de ces développements.

Son objectif n’est pas de faire un état de l’art exhaustif, ce qui serait sans doute trop ambitieux et aussi trop vaste comme projet, mais de faire apparaître une proposition de méthode qui permette d’associer la forme, son analyse et sa mise en œuvre.

Loin de nous l’idée que la science nécessaire pour développer ces stratégies innovantes soit achevée. De très nombreuses questions fondamentales restent ouvertes, et de façon caractéristique, elles mobilisent des concepts et des compétences issus d’autres disciplines fondamentales. Les productions de recherches et de projets sont fortes et constantes aujourd’hui, mais il me semblait important et intéressant de tenter de « démocratiser » le savoir-faire associé à ce matériau.

Si je tentais de faire la liste de toutes les personnalités que j’ai croisées, avec qui j’ai travaillé et sur lesquelles je me suis appuyé pour avancer dans ce domaine, je n’arriverais qu’à vexer celles et ceux que j’ai oublié de nommer.

J’aimerais simplement remercier chaleureusement le premier qui m’a expliqué avec sérénité, patience, confiance et passion comment fonctionnait ce matériau étrange en apparence, contre-intuitif (faire travailler du béton en traction quelle drôle d’idée pour un ingénieur formé traditionnellement comme moi) : monsieur Mouloud Behloul, ancien directeur du développement BFUP Ductal France chez Lafarge Ciment et aujourd’hui directeur de l’innovation et de la construction durable chez Lafarge Holcim.

Mais aussi la génération de jeunes ingénieur(e)s passionné(e)s qui sont venu(e)s pendant quelques années travailler ou qui travaillent aujourd’hui avec moi sur ce sujet, et particulièrement : Dominique Corvez (directeur d’AEVIA, Groupe Eiffage), Raphaël Fabbri et Marino Tosi (associés de l’Atelier Masse Ingénierie), Simon Lods (architecte-ingénieur structure chez Marc Mimram Architecture et ingénierie), et Yanni Zhao avec qui je me suis associé pour développer l’activité en Asie.

Pour obtenir une première expérience dans le monde des BFUP, il faut un premier projet et un maître d’œuvre qui vous fasse confiance. Ce sont les architectes Emmanuel Combarel et Dominique Marrec, passionnés et engagés dans le développement et l’utilisation de ce matériau, qui m’ont permis de mettre en œuvre quelques notions calculatoires pour tenter de dimensionner la passerelle d’accès au musée Tomi Ungerer à Strasbourg, dont le tablier est en BFUP à fibres métalliques. Je dois à l’ingénieur Jean-Louis Clément, aujourd’hui disparu, l’accompagnement bienveillant de ce premier calcul fait manuellement.

Figure 1 Passerelle d’accès en BFUP au musée Tomi Ungerer

ECDM Architectes...

CHAPITRE 1

Le monde des matériaux

1.1Recherche d’un domaine

Comment inscrire dans l’histoire de la construction la pratique de la conception et de la réalisation des bétons fibrés à ultra-hautes performances aujourd’hui ?

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CHAPITRE 2

Le liant, la pierre, le grain et l’eau, la fibre

2.1Premières stratégies de fabrication

Figure 2.1-1 Rome : le Panthéon

Les Romains de l’Antiquité savaient faire du béton. Ils avaient aussi découvert que, pour fabriquer un liant hydraulique qui fasse prise sous l’eau, il fallait mélanger à de la chaux, des déchets de fabrication des tuiles et des briques ou des cendres volcaniques (provenant notamment de Pozzuoli, dans la baie de Naples, qui donna son nom à la pouzzolane, roche volcanique). En quoi les Romains ont-ils utilisé un liant spécifique ? En fait, la qualité de leur observation a permis d’établir des composants de mortier à base de chaux aérienne ayant des propriétés de durcissement analogues à celle des chaux hydrauliques.

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CHAPITRE 8

Exemples

Commentaire

Les exemples qui suivent ont pour objectif de resituer les ouvrages en BFUP au sein d’une démarche globale de conception et de réalisation.

Ils ont été réalisés lors des dix dernières années. Dans cet intervalle de temps, les valeurs des cartes d’identité ont évolué, ainsi que le cadre réglementaire qui s’est considérablement développé et consolidé.

À ce titre, les valeurs données notamment concernant les contraintes de traction admissibles doivent être prises comme des ordres de grandeur indicatifs.

De plus, les contextes de productions étant différents et singuliers, il appartient au concepteur de clarifier le domaine dans lequel il intervient afin de déterminer ce qui est applicable pour son projet.

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