g)- Les fibres métalliques :

 La fibre métallique est la fibre commercialement la plus vendue, et bien sûr disponible sous des formes et dimensions les plus variées. Ces fibres présentent un module d’élasticité de 210 (GPa), une masse volumique de 7.85t/m³ et une résistance à la traction de 1 à 2 (GPa). Elles existent sous diverse forme et longueurs. L’élancement est souvent compris entre 30 et 150 pour une longueur allant de 6.4 à 76 mm. Le pourcentage volumique de fibres métalliques dans le béton varie de 0.3 à 3%. L’optimisation du pourcentage de fibres, de la longueur et de la forme a donné lieu à de nombreuses études. [3]    

  III. CARACTERISTIQUES DES FIBRES METALLIQUES ISSUES DE L’INCINERATION DESPNEUS USES 

 Nous avons effectués des essais qui nous en permet de caractériser les fibres métalliques issues de l’incinération des pneus usés comme suit :

 III.1. Incinération des pneus et extraction des fibres :

 Au premier lieu nous avons procédé au collecte des pneus usés, est cela au près de la zone industrielle de Hassi Messaoud. Après vient la deuxième étape concernant  l'opération de l'incinération  des pneus afin d'extraire les fils métalliques constituant l'armature des pneus, Une fois l'opération terminée on attend jusqu'a ce que la température baisse, à ce moment en passe à l'opération la plus importante qui consiste à récupérer les fils métalliques, on les fasse assembler sous forme de faisceaux pour enfin, les coupés selon les longueurs voulues.     

 III.2. Caractéristiques mécaniques de la fibre utilisée :

 a)  Masse volumique absolue :   

 Cet essai est réaliser sur dix (10) échantillons, nous avons trouvé que ρa est celle d'un acier normal ρa = 7850 Kg / m³.

  b) Charge de rupture à la traction :

 Les essais de ruptures des fibres ont été réalisés à l’aide d’une machine appelé FRANK Machine d'essai de traction 85649. Elle est munie de dispositif pour la mesure mécanique de la force et de l'allongement. La précision du système de mesure de la force est de ±1% à partir d'un dixième du domaine de mesure de la force respectif selon DIN 51221, classe1.    

  La première phase consiste à mesurer le diamètre exacte ainsi que les longueurs des fils, dans ce cas nous avons choisi des fils de diamètres (D1 = 0.9mm, D2 = 0.28mm) et de longueurs respectives L1= 10cm, L2 =14cm et L3 = 18cm.

  Les figures (1, 2, 3,4), présentent les résultats des essais.

  A partir des valeurs des forces aux ruptures en traction correspondant respectivement à L1=10, L2=14 et L3=18cm, (fig-1-), nous avons déduit les valeurs des forces aux ruptures FR1 et FR2 en (N) correspondant respectivement à Lf = 30 et 60 mm.

  • FR1 = 567,50 N ;
  • FR2 = 540,00 N.
  • Ensuite, à partir des valeurs des allongements, nous déduisons les valeurs des déformations, et à partir des forces moyennes nous obtenons les contraintes moyennes, ainsi nous pouvons tracer la courbe (contrainte-déformation). Permettant de déduire la valeur du module de déformation suivant la formule :

     tgα = E = (σ / ε).............................................(3.8)

    E : Module de déformation ;

    σ : Résistance de traction ;

    ε :  Déformation.

     A partir de la (fig-2-), nous avons déterminé le module de déformation de la fibre de diamètre D1= 0.90, le tableau-1- présente les caractéristiques physiques et mécaniques de la fibre utilisée

    A partir de la (fig-4-), nous avons déterminé le module de déformation de la fibre de diamètre D2= 0.28, le tableau-2-, présente les caractéristiques physiques et mécaniques de la fibre utilisée.

    Tableau 2– Caractéristiques mécaniques et physiques de la fibre utilisée

      IV. CARACTERISTIQUE MECANIQUE DES BETONS DE SABLE RENFORCES PAR FIBRES METALLIQUES

    IV.1. Modalités d’essai :

    Généralement les bétons sont classés selon leurs résistances à 28 jours. Cette dernière est souvent influencé par plusieurs facteurs entre autres le rapport E/C, le dosage et la classe de ciment, la nature et les proportions des granulats, les conditions climatiques et de mise en œuvre sans oublier l'influence des ajouts (Fillers, Fibres,…) . La mesure de la résistance se fait par les essais de flexion et de compression permettant de déterminer la contrainte de rupture par flexion et la contrainte de rupture à la compression du béton de sable ou de mortier.

    IV.1.1. Essai de rupture par flexion :

    Cet essai est établi suivant la norme EN 196-1. Un dispositif à rouleau utilisé en flexion (3points), (Fig-5-) comportant deux appuis à rouleau distant de 100 ou 106.7mm sur lesquels repose l'éprouvette prismatique 40x40x160mm, et un troisième rouleau équidistant des deux premiers, transmettant une charge concentrée Ff [4].

    Rf = (1.50 . Ff . l ) / b³ …………….………(4.1)

    Rf  : résistance à la flexion en (Mpa);

    Ff : charge de rupture de l'éprouvette en flexion (N);

    l  : longueur qui sépare les deux appuis en (mm);

    b : côte de l'éprouvette est égal à 40mm;

    L : longueur totale de l'éprouvette.

    IV.2. Confection des éprouvettes et conditions de conservation :

    Cette étude est menée sur des éprouvettes prismatiques (40x40x160mm). Les pâtes sont préparées à la main, la procédure de mélange à été faite de la manière suivante :

    §  Malaxage du sable sec (S) pendant une durée de 30 secondes;

    §  Introduction du ciment puis malaxage pendant 60 secondes;

    §  Incorporation des fibres métalliques par petites quantités tout en malaxant pour permettre aux fibres de se répartir d'une façon homogène dans le mélange (S) + (C) + (F);

    §  Ajout de la quantité d'eau nécessaire mélangée avec un super plastifiant, puis malaxage de l'ensemble (S) + (C) + (F) + (E) + (P) durant 3mn.

    V. VARIATION DIMENSIONNELLE DE BETON DE SABLE 

    V.1. But de l’essai :

    Dans le présent travail le but est d’étudier le comportement de béton de sable renforcé de fibres métalliques issues des pneus usés vis-à-vis les variations dimensionnelles (retrait).

    V.2. Essai de retrait libre :

    L’essai est réalisé conformément à la norme NF P 15-433, l'appareil de mesure de retrait utilisé dans nos essais est un rétractomètre, photo-1-, il est muni d'un comparateur mesurant les déplacements suivant l'axe longitudinal des éprouvettes 40x40x160mm, entre deux plots métalliques noyer dans le mortier. Les mesures de valeurs initiales (de référence) étaient faites après 24h au moment de démoulage; l'étalonnage du rétractomètre est effectué par une tige de contrôle métallique en invar, qui sert de base de mesure. L'incertitude des mesures évaluée à ±5 μm/m. la valeur retenue du retrait représente la moyenne arithmétique de trois mesures.

      Ces essais sont relatifs aux mesures, entre 1 et 28 jours, les résultats obtenus sont comparés avec ceux de la littérature. La conservation des éprouvettes de mortier est réalisée comme suite:

    Les éprouvettes ont été conservées à l'air libre au sein même du laboratoire à une température (T = 30±5°C) et une humidité relative (HR = 40±10%), est cela pendant une durée de 28jours

     

    V.2.2. Discussion des résultats :

    D'après les résultats présentés sur les figures (10,11,12), nous constatons que les fibres métalliques diminuent l'influence du retrait; cette diminution est de l'ordre de 9 à 11%, pour Lf =30mm,13 à 16%, pour Lf =60mm et de 26 à 33% pour Lf =40mm, par rapport au béton sans fibres (témoin) à 28jours. Quant aux taux de fibres incorporées  nous remarquons qu'il y'a peu d'influence, de l'ordre de 2 à 3%, pour les fibres de longueurs respectives (30,60mm), et de l'ordre de 7% pour Lf =40mm. Cette réduction est due à notre avis à la bonne adhérence des fibres avec la matrice, à la forme et à la quantité de fibres. Enfin, nous pouvons dire que les résultats trouvés confirment ceux déjà obtenus par d'autres chercheurs à savoir:

     SWAMY et STAVRIDES [6]. Ils  indiquent que l'ajout des fibres d'acier au béton permet de réduire le retrait hydraulique de 20%.

     SOROKA [7], met en évidence que le retrait hydraulique des bétons classiques est souvent amplifié par les conditions climatiques chaudes et sèches, mais il a constaté que dans ce climat, le renforcement des bétons par les fibres d'acier,de verre ou de polymère est efficace pour la réduction du retrait.   

     VI. CONCLUSION 

    Cette communication renferme l’ensemble des résultats expérimentaux sur les propriétés mécaniques (flexion) et rhéologique (retrait). L’aboutissement à ces résultats, dont l’objectif est de répondre sur la question si oui ou non les fibres métalliques utilisées. Dans cette étude ont une influence sur le comportement du composite dans l’amélioration de ces caractéristiques; à cette question les résultats obtenus nous permet de spéculer sur la contribution de ces derniers; en effet, les résultats montrent que l’association des fibres à la matrice, améliores les propriétés à la fois mécaniques et rhéologiques du béton de sable.

     L’étude des propriétés mécaniques et rhéologiques du béton de sable fibré, est analysée dans le but de donner des explications sur le comportement observé, ainsi que sur l’efficacité des fibres dans l’amélioration de la résistance du composite en ce basant sur les résultats obtenus pour différents essais, nous avons conclu ce qui suit :

     ¨ La longueur des fibres est un paramètre important. Les fibres longues ont données des résultats supérieurs à ceux des fibres courtes de même diamètre.

     ¨ L’élancement des fibres joue un rôle positif, en effet, plus l’élancement augmente plus la résistance à l’arrachement des fibres de la matrice augmente, ainsi que leurs nombres à volume constant.

     ¨ Le taux d’incorporation des fibres à un rôle secondaire.

     D'autre part, la valorisation des déchets pneumatiques avec l’utilisation  en masse des fibres métalliques issu de ce déchet, contribue à la préservation de l’environnement et à un abaissement du coût de revient du matériau.           

      REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

     [1]  M. MIMOUNI : "Les renforts fibreux utilisés dans les matériaux de construction"

          Algérie équipement ; №15, Sept.1994.

    [2]  J. BARON et J. PIERRE OLLIVIER et ALL : "les bétons bases

           et données pour leur formulation" Edition Eyrolles, 1996.

    [3]  H. HAOUARI : "Contribution à l’étude du comportement du béton renforce de

             fibres métalliques soumis à l’action des charges maintenues et cycliques", Thèse de

            Doctorat, INSA de Lyon, France, 1993.

    [4]  R. DUPAIN, R. LANCHON, J. C. SAINT ARROMAN : "granulats, sols, ciments et

            bétons – caractérisation des matériaux de génie civil par les essais de laboratoire",

            Edition casteilla – 25, ruerouge-75005 Paris 1995.

    [5] N. KEDJOUR :"Le laboratoire du béton", OPU : 07.2005, Edition :

           2.03.4212.  

    [6] R.N SWAMY et H. STAVRIDES : "Influence of fiber reinforcement on restrainedpdf

            shrinkage and cracking", ACI Journal, March 1979.

    [7] I. SOROKA. : "Concrete in hot environments", Edition E et FN SPON, London.