Brevet FR2751008A1 — publié le 19980116

FIBRES METALLIQUES, UTILISABLES NOTAMMENT POUR LE RENFORCEMENT DU BETON, LEUR PROCEDE DE FABRICATION ET LEUR UTILISATION. La présente invention concerne de nouvelles fibres métalliques, utilisables notamment pour le renforcement du béton. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ces fibres et leur utilisation pour renforcer du béton. On sait que le béton brut est un matériau fragile, qui n'accepte qu'une très faible déformation avant sa rupture. Pour le renforcer et le rendre moins fragile, et pour lui donner un comportement beaucoup plus ductile, on lui a depuis longtemps incorporé des fibres métalliques relativement courtes, de l'ordre de quelques centimètres. Ces fibres peuvent être des copeaux métalliques, des éléments de tôle emboutie, ou bien des fils d'acier (fibres tréfilées). Ces fibres sont réparties au hasard dans le béton, sans orientation préférentielle. Les quantités utilisées par m3 varient entre 20 et 100 kg. L'efficacité des fibres comme renforcement du béton dépend de la nature de l'acier qui les compose, de la quantité de fibres par m3 de béton et de leur capacité à s'ancrer dans la matrice béton. En l'état actuel de la technique, on constate que les fibres qui ont la meilleure efficacité sont les fibres tréfilées à haute résistance mécanique (contrainte limite de rupture supérieure à 1200 N/mm2), possédant un système d'ancrage à la matrice béton. Cet ancrage peut être assuré par des ondulations sur toute leur longueur (fibres ondulées commercialisées sous l'appellation EUROSTEEL), par un système de crochets à leurs extrémités (fibres commercialisées sous l'appellation DRAMIX) ou par des têtes coniques à leurs extrémités (fibres commercialisées sous 1'appellation TWINCONE). Tous les modes d'ancrage par ondulations ou par crochets sont réalisés à partir d'une fibre droite, qui est déformée dans un même plan. L'ancrage n'est cependant pas parfait, lorsque la fibre est fortement sollicitée ; la rupture s'effectue par désadhérence de l'acier et du béton, puis par glissement de la fibre dans la matrice de béton. Les butées constituées par exemple par les sommets des ondulations ne compensent pas l'effort d'arrachement. La fibre TWINCONE, contrairement aux fibres ondulées et à crochets, présente un ancrage qui tend à être parfait. La rupture ne s'effectue pas en général par déformation des cônes, mais par rupture du fil métallique. Dans le brevet US-A-2 677 955, en particulier, est suggéré l'emploi d'une fibre hélicoïdale, mais, outre le fait que le procédé de fabrication est très coûteux, on retrouve le même inconvénient qu'avec les fibres ondulées, à savoir une géométrie parfaitement symétrique par rapport à l'axe de la sollicitation, ce qui limite l'ancrage et facilite la déformation. La présente invention vise également à proposer une fibre métallique tréfilée, à haute résistance à la rupture (1200 N/mm2), mais qui possède un dispositif d'ancrage sur toute sa longueur, par ondulation dans deux plans perpendiculaires entre eux. L'invention a par conséquent pour objet une fibre en un métal écroui, utilisable notamment pour le renforcement du béton, présentant une succession de déformations, caractérisée en ce que ces déformations ont une forme tridimensionnelle obtenue par une première phase d'ondulation d'une fibre rectiligne dans un premier plan passant par la fibre, suivie d'une seconde phase d'ondulation de la fibre ainsi ondulée dans un second plan perpendiculaire au précédent. Le nombre d'ondulations par unité de longueur pourra être le même dans les deux plans, mais, de préférence, ce nombre sera différent. De façon encore plus préférée, le nombre des ondulations par unité de longueur dans un plan sera le double du nombre des ondulations dans le plan perpendiculaire. Du fait de la double ondulation dans deux plans différents, avec de préférence des fréquences d'ondes différentes dans les plans, la fibre conforme à l'invention va assurer un bien meilleur ancrage dans le béton. En effet, les diverses ondulations n'agissent pas dans le même plan, ni dans la même direction, et elles vont constituer des butées successives, augmentant considérablement l'effort de traction nécessaire à la déformation et à l'extraction totale de la fibre de la matrice de béton. Plus l'effort exercé est important, meilleure est la ductilité du béton, ce qui est le but recherché. La rupture du béton renforcé par les fibres conformes à l'invention ne sera pas brutale, du fait de l'ancrage amélioré par la double ondulation des fibres, sans être cependant parfait. Le déchaussement de la fibre dans la matrice de béton nécessitera beaucoup plus d'énergie qu'avec les fibres traditionnelles. La présente invention permettra en outre d'augmenter la ductilité du béton, car les capacités de déformation (allongement) de la fibre selon la présente invention sont proportionnelles au nombre d'ondulations qui, ici, est plus important que pour les fibres ondulées dans un seul plan. En plus de ses propriétés mécaniques avantageuses pour le renforcement du béton, la fibre conforme à l'invention peut être réalisée de façon simple et économique par un procédé facile à mettre en oeuvre, qui constitue un autre objet de la présente invention. Selon ce procédé, on procède à deux déformations successives d'un fil métallique rectiligne écroui, en imposant à celui-ci une première série d'ondulations dans un premier plan, puis une seconde série d'ondulations dans un second plan perpendiculaire au précédent, le fil étant ensuite découpé en tronçons correspondant à la longueur désirée pour les fibres. Dans la pratique, la fibre conforme à l'invention sera fabriquée à partir d'un fil rectiligne, qui passera dans un premier temps à travers un système de roues dentées apte à imposer une première série d'ondulations dans un premier plan, puis dans un deuxième dispositif à roues dentées, lui imprimant une deuxième série d'ondulations dans le plan perpendiculaire à celui de la première ondulation. Un tel procédé sera, à l'évidence, beaucoup plus facile à mettre en oeuvre et, par conséquent, beaucoup moins coûteux que les procédés de fabrication des fibres à profil hélicoïdal ou des fibres rectilignes, comprenant une tête conique à chacune de leurs extrémités. Un troisième objet de l'invention est enfin l'utilisation de ces fibres pour le renforcement du béton. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée qui va suivre, d'une forme de réalisation de celle-ci. Dans cette description, on se réfèrera aux dessins annexés, sur lesquels Les figures 1 à 4 sont des vues en plan de quatre fibres métalliques de la technique antérieure La figure 5 est un diagramme illustrant de façon schématique des essais de flexion d'une poutre en béton non renforcé par des fibres et en le même béton renforcé par les fibres de la technique antérieure la figure 6 est une vue en perspective d'une fibre métallique conforme à l'invention. La fibre 1 représentée sur la figure 1 est une fibre métallique ondulée d'un type connu évoqué ci-dessus, qui comprend une succession d'ondulations dans un unique plan. Une telle fibre, commercialisée notamment sous l'appellation EUROSTEEL, est facile à réaliser, mais présente un ancrage médiocre dans le béton, lorsqu'elle est soumise à des sollicitations dans son plan. La fibre 2 représentée sur la figure 2 est une autre fibre métallique de la technique antérieure, à profil hélicoïdal. Comme indiqué ci-dessus, cette fibre présente le même inconvénient que la fibre de la figure 1. Elle est en outre coûteuse à réaliser. La fibre 3 de la figure 3, également connue et commercialisée sous l'appellation TWINCONE, qui est rectiligne et présente à chacune de ses extrémités une tête tronconique 4, présente, elle, un excellent ancrage dans le béton, mais son coût de réalisation est très élevé. La fibre 5 représentée sur la figure 4 est également d'un type connu, commercialisé sous l'appellation DRAMIX. Elle présente à chaque extrémité une partie recourbée en forme de crochet, destinée à assurer une bonne résistance à l'arrachement. Elle présente les mêmes limitations que les fibres des figures 1 et 2. L'incidence de l'incorporation de telles fibres dans un béton est en général mesurée en soumettant une poutre de béton de dimensions 15 cm x 15 cm x 60 cm, reposant sur deux appuis distants de 40 cm environ, à des essais de traction par flexion sous des charges croissantes. Les résultats obtenus varient suivant le type du béton et des fibres utilisées et suivant la nature des fibres incorporées, mais les courbes relevées sont généralement du type représenté sur la figure 5, où les déformations sont portées en abscisses et les charges en ordonnées. La courbe référencée A se rapporte au béton dépourvu de fibres de renfort, la courbe B concerne le même béton renforcé avec des fibres de type à ondulations dans un plan (fibres de la figure 1) ou à crochets aux extrémités (fibres de la figure 4), et la courbe C se rapporte au même béton renforcé avec des fibres comportant une tête conique à chaque extrémité (fibres de la figure 3). Dans le cas des fibres à ondulation ou à crochets (courbe B), on voit que la déformation des fibres est engendrée par un effort qui tend vers zéro lorsque la fibre est totalement déformée, et que la rupture du béton n'est donc pas brutale. Dans le cas des fibres à têtes coniques aux extrémités (Courbe C), on constate que, juste après la fissuration de la matrice de béton, on a un meilleur comportement que précédemment, avec une résistance importante à la charge, mais que, dès que l'on atteint la déformation correspondant à la limite d'allongement élastique de la fibre, une rupture brutale se produit. La fibre 7 conforme à l'invention, représentée sur la figure 6, comporte des spires tridimensionnelles, comme la fibre de la figure 2, mais est beaucoup moins coûteuse que celle-ci. Pour la réaliser, on part d'un fil métallique écroui, auquel on imprime une première série d'ondulations dans un premier plan, en le faisant passer dans un dispositif à roues dentées, puis une seconde série d'ondulations, dans un plan perpendiculaire au précédent, en le faisant passer dans un second dispositif à roues dentées. La longueur des fibres conformes à l'invention sera d'environ 30 à 70 mm et leur diamètre d'environ 0, 5 à environ 1,2 mm. Le nombre d'ondulations dans chaque plan sera avantageusement compris entre 5 et 10 et l'amplitude de chaque ondulation par rapport à l'axe neutre sera de l'ordre de 0,5 à 3 mm. De préférence, le nombre d'ondulations par unité de longueur dans un plan sera le double de celui des ondulations dans le plan perpendiculaire Les fibres destinées à renforcer le béton doivent avoir une bonne maniabilité, c'est-à-dire ne pas avoir tendance à se mettre en boule et à s'emmêler les unes dans les autres (phénomène dit "du hérisson"). De ce point de vue, les fibres hélicoïdales, du fait de leur forme, s'enchevêtrent facilement les unes dans les autres, ce qui, en cours d'utilisation, crée de sérieux problèmes de démêlage. En revanche, les fibres ondulées dans un plan, à têtes coniques ou à crochets aux extrémités, ou les fibres conformes à l'invention, ne présentent pas ce problème. Les fibres conformes à l'invention seront mélangées au béton par les procédés de la technique antérieure et suivant les mêmes proportions (25 à 100 kg de fibres par mètre cube de béton). Les fibres conformes à l'invention se distinguent donc avantageusement des fibres de la technique antérieure par un excellent ancrage dans le béton et un coût de fabrication réduit. REVENDICATIONS 1. Fibre en un métal écroui, utilisable notamment pour le renforcement du béton, présentant une succession de déformations, caractérisée en ce que ces déformations ont une forme tridimensionnelle obtenue par une première phase d'ondulation d'une fibre rectiligne dans un premier plan passant par la fibre, suivie d'une seconde phase d'ondulation de la fibre ainsi ondulée dans un second plan perpendiculaire au précédent. 2. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre d'ondulations par unité de longueur est le même dans les deux plans. 3. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre d'ondulations par unité de longueur est différent dans les deux plans et, de préférence, est le double dans un plan de celui de l'autre plan. 4. Fibre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que sa longueur est comprise entre 30 et 70 mm, tandis que son diamètre est compris entre 0,5 et 1,2 mm. 5. Fibre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'amplitude des ondulations dans chaque plan par rapport à l'axe neutre est comprise entre 0,5 et 3 mm. 6. Procédé de fabrication d'une fibre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on procède à deux déformations successives d'un fil métallique rectiligne écroui, en imprimant à celui-ci une première série d'ondulations dans un premier plan, puis une seconde série d'ondulations dans un second plan perpendiculaire au précédent, le fil étant ensuite découpé en tronçons correspondant à la longueur désirée pour les fibres. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on fait passer le fil métallique rectiligne dans un premier système de roues dentées, apte à lui imprimer une première série d'ondulations dans un premier plan, puis dans un deuxième système à roues dentées, apte à lui imprimer une seconde série d'ondulations dans un plan perpendiculaire au précédent. 8. Utilisation de fibres selon l'une des revendications 1 à 5, pour le renforcement du béton. 9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'on incorpore les fibres dans le béton à raison de 25 à 100 kg de fibres par mètre cube de béton.