Comment fonctionnent-ils, où sont-ils utilisés et quels avantages offrent-ils dans le béton ?
Le béton résiste extrêmement bien aux contraintes de compression, mais il est nettement plus sensible aux contraintes de traction et de flexion. Des contraintes internes peuvent apparaître dès la phase de prise et de séchage. Par la suite, les variations de température, les mouvements du sol, le passage des véhicules et d’autres sollicitations exercent une contrainte supplémentaire sur le béton.
C’est pourquoi la plupart des ouvrages en béton doivent être armés d’une manière ou d’une autre.
Pendant longtemps, on n’envisageait pratiquement que des barres d’armature et des treillis soudés. Aujourd’hui, d’autres procédés sont toutefois disponibles. L’un d’entre eux est l’armature à base de macrofibres, qui est incorporée directement dans le béton frais.
Mais qu’est-ce qu’une macrofibre exactement, comment fonctionne-t-elle et peut-elle vraiment remplacer les treillis d’armature en acier ?
Qu’est-ce qu’une macrofibre ?
Une macro-fibre est une fibre à haute résistance spécialement conçue pour renforcer le béton. Elle est généralement composée d’un matériau synthétique, tel que le polypropylène.
À première vue, cela peut ressembler à un simple morceau de plastique. En réalité, il s’agit toutefois d’une macrofibre structurelle de haute qualité :
- présente une certaine résistance à la traction ;
- présente une forme et une surface conçues pour adhérer efficacement au béton ;
- résiste à l’environnement alcalin du béton ;
- est capable de combler les fissures qui apparaissent dans le béton ;
- dispose d’une capacité avérée et des dossiers de construction requis.
Leur fonction ne se limite pas à garantir la « présence d’un élément dans le béton ». Lorsqu’elles sont dosées correctement, les macrofibres continuent d’exercer leur effet même après le durcissement du béton et contribuent à limiter la formation de fissures et à répartir les charges.
C’est pourquoi on les appelle également « macro-fibres structurelles ».
Quel est l’effet des macrofibres dans le béton ?
Les macrofibres sont ajoutées au béton frais et mélangées pendant la durée nécessaire. Au cours du malaxage, les fibres se répartissent uniformément dans tout le volume du béton.
Il s’agit là d’une différence essentielle par rapport aux treillis d’armature en acier classiques.
Les treillis métalliques sont posés dans un seul plan bien défini. Ils ne remplissent correctement leur fonction que s’ils sont disposés, au sein de la section transversale du béton, exactement à la hauteur prévue. Si elles restent posées au sol ou sur l’isolation pendant les travaux, elles ne peuvent pas remplir correctement la fonction qui leur est assignée.
Les macrofibres, en revanche, ne sont pas disposées en une seule couche. Elles sont réparties dans toute la masse de béton et forment ainsi une armature tridimensionnelle.
Lorsqu’une fissure commence à se former, les fibres qui croisent son tracé relient entre eux les deux côtés de la fissure. On peut se représenter cela comme si des milliers de minuscules ponts enjambaient la fissure en formation.
Les fibres peuvent :
- ralentir le démarrage ;
- limiter la largeur de la fissure ;
- aider au transport de charges ;
- améliorer la résistance du béton après fissuration ;
- réduire le risque d’une panne soudaine.
Il faut être précis sur ce point : les macro-fibres ne peuvent pas empêcher totalement la formation de fissures dans le béton. La formation de fissures dépend de nombreux autres facteurs, notamment la composition du béton, la quantité d’eau, la portance du sol, l’épaisseur de la dalle, les joints de dilatation ainsi que le traitement ultérieur.
Le renforcement par des macrofibres est un élément essentiel d’une dalle en béton réalisée dans les règles de l’art, mais il ne constitue pas pour autant une solution miracle qui permet de faire abstraction de toutes les autres exigences de construction.
Quelle est la différence entre les microfibres et les macrofibres ?
On confond souvent les microfibres et les macrofibres, alors qu’elles ont des fonctions différentes.
| Critères | microfibre | Macrofibre structurelle |
|---|---|---|
| Taille | Plus court et plus fin | Plus long et plus épais |
| Objectif principal | Réduction des fissures de retrait précoces | Combler les fissures et répartir les charges |
| Durée de validité | Surtout au début de la mise en place | Fonctionne également dans le béton durci |
| Rôle structurel | En général, aucune | Possible sur la base de calculs de performance et de statique vérifiés |
| Remplacement de la grille en acier | Ne convient pas | Peut convenir à certaines dalles en béton |
| Posologie habituelle | Petite quantité | Une posologie plus élevée, adaptée aux contraintes prévues |
Les microfibres agissent comme un réseau dense de fils fins dans le béton frais. Elles déploient principalement leur effet tant que le béton est encore en phase de prise et perd de son humidité. Elles peuvent contribuer à réduire les fines fissures causées par le retrait plastique précoce.
Les macrofibres structurelles sont plus épaisses, plus longues et peuvent absorber des forces nettement plus importantes. Elles conservent leur efficacité même dans le béton durci, lorsque l’ouvrage est soumis à des contraintes ou qu’une fissure commence à se former.
C’est pourquoi les microfibres fines classiques ne doivent pas être utilisées en remplacement des treillis d’armature en acier.
Macrofibres ou treillis d’armature en acier ?
Les treillis d’armature en acier et les macrofibres structurelles renforcent le béton de deux manières différentes.
Le treillis métallique est posé dans un plan défini. Il doit être correctement soutenu, les lés doivent se chevaucher et, lors du coulage du béton, il faut veiller à ce que le treillis ne se déplace pas.
Dans la pratique, cela n’est toutefois pas toujours respecté. Dans le cas des petits projets notamment, le treillis est souvent simplement posé sur le sol ou l’isolation avant que le béton ne soit coulé par-dessus. Il se retrouve alors dans la partie inférieure du plafond et ne peut pas remplir sa fonction là où il est réellement nécessaire.
Les macrofibres sont réparties dans l’ensemble du volume de béton. Elles ne nécessitent ni découpe, ni chevauchement, ni raccordement, ni utilisation d’entretoises. Elles ne peuvent pas être enfoncées dans le support lors de la mise en place du béton et ne rouillent pas.
Cela ne signifie toutefois pas que les macrofibres puissent remplacer les armatures en acier dans tous les ouvrages.
L’acier peut remplir une fonction porteuse principale dans des ouvrages tels que les plafonds suspendus, les poutres ou les poteaux. Dans ces cas, il ne doit pas être remplacé par des macrofibres sans une analyse statique appropriée. Lorsqu’un élément de construction est conçu en béton armé, il doit être réalisé en utilisant l’armature en acier prescrite.
Les macrofibres structurelles constituent avant tout une solution plus simple pour les dalles en béton posées directement sur le sol, dans lesquelles l’armature en treillis sert principalement à limiter la formation de fissures et à répartir les charges.
Dans quels domaines peut-on utiliser les macrofibres structurelles ?
Les macrofibres sont le plus souvent utilisées dans les ouvrages en béton de type dalle posés sur sol.
Parmi les domaines d’application typiques, on peut citer :
- Allées ;
- Sols de garage ;
- Trottoirs et chemins piétonniers ;
- Terrasses ;
- Cours en béton ;
- Chape pour pièces d’habitation ;
- Chapes avec chauffage au sol ;
- béton de fondation ;
- Sols d’ateliers et d’entrepôts ;
- Cours en béton pour l’agriculture ;
- Sols dans les bâtiments d’élevage ;
- Sols industriels ;
- certaines dalles de fondation, à condition que cela soit justifié par des calculs statiques appropriés.
Dans ces ouvrages, le béton repose en grande partie sur une couche de base correctement compactée située en dessous. L’objectif principal de l’armature n’est généralement pas de supporter la totalité de la charge d’un ouvrage en porte-à-faux, mais de répartir les charges et de limiter l’apparition de fissures.
Il convient toutefois de toujours vérifier au cas par cas si le produit est adapté à la construction concernée. Il existe une différence considérable entre une allée autour d’une maison individuelle et un sol industriel très fréquenté, même si, dans les deux cas, il s’agit de dalles en béton posées au sol.
Dans quels cas les macrofibres ne suffisent-elles pas à elles seules ?
L’une des principales limites du renforcement par macrofibres réside dans le fait qu’il ne permet pas de remplacer entièrement les armatures en acier dans tous les ouvrages en béton.
Il n’est généralement pas recommandé de l’utiliser comme seul renforcement dans les cas suivants :
- Plafonds suspendus ;
- barre ;
- Colonnes ;
- Chute ;
- Murs de soutènement ;
- Dalles de balcon ;
- Escaliers ;
- Structures suspendues ou en porte-à-faux ;
- Des fondations soumises à des contraintes structurelles importantes.
Dans ces ouvrages, l’armature en acier joue souvent un rôle porteur essentiel. Un ingénieur en génie civil doit déterminer l’armature nécessaire et décider si des macrofibres peuvent être utilisées comme forme d’armature supplémentaire.
Une règle simple peut aider à y voir plus clair : lorsque le béton n’est pas soutenu par le sol, mais qu’il couvre au contraire une portée, qu’il est en porte-à-faux ou qu’il constitue une partie essentielle de la structure porteuse du bâtiment, il ne faut pas systématiquement opter pour des macrofibres à la place des armatures en acier.
Quels sont les avantages des macrofibres ?
L’un des principaux avantages des macrofibres réside dans leur conception plus simple.
Les treillis d’armature en acier doivent être acheminés jusqu’au chantier, découpés sur mesure, posés en se chevauchant, assemblés entre eux et placés sur des entretoises. Cela nécessite du temps, du travail et des compétences techniques appropriées.
Les macrofibres ne prennent que peu de place lors du transport et peuvent être incorporées directement au béton.
Parmi les autres avantages, on peut citer :
- Répartition sur l’ensemble du volume de béton ;
- pas de corrosion ;
- pas de découpe ni de reliure ;
- Il n’est pas nécessaire de déplacer de lourdes grilles en acier ;
- une préparation plus rapide ;
- besoins en personnel réduits ;
- aucun risque que l’appareil soit positionné à une hauteur incorrecte lors du bétonnage ;
- une armature uniforme dans les zones en béton de forme complexe ;
- des coûts globaux potentiellement moins élevés pour certains projets.
Les coûts ne doivent pas être comparés uniquement sur la base du prix d’achat des treillis en acier et des macrofibres. Il faut également tenir compte du transport, du déchargement, des chutes, des entretoises, des travaux de fixation et des coûts de main-d’œuvre.
Comment faut-il incorporer les macrofibres au béton ?
Les macro-fibres peuvent être incorporées dans la centrale à béton ou sur le chantier, pendant le malaxage du béton. La condition essentielle est que les fibres soient réparties de manière homogène dans le béton.
Il convient de toujours respecter les instructions du fabricant. Les fibres ne doivent pas être versées dans le mélangeur sous la forme d’un gros tas compact. Un ajout progressif et un temps de mélange suffisant permettent de réduire le risque d’agglomération des fibres.
Une fois les fibres ajoutées, le béton doit être malaxé jusqu’à ce qu’elles soient réparties de manière homogène.
L’utilisation de macrofibres ne remplace pas :
- la classe de béton appropriée ;
- compactage correct de la couche de base ;
- l’épaisseur requise de la plaque ;
- pose correcte du béton ;
- un compactage correct du béton ;
- des joints de dilatation correctement dimensionnés ;
- un durcissement qui commence au bon moment.
Si, par exemple, une dalle en béton est posée sur un sol fragile et instable, ni les treillis d’armature ni les macrofibres ne peuvent, à eux seuls, la protéger entièrement contre les dommages.
Quelle quantité de macro-fibres faut-il par mètre cube de béton ?
Il n’est pas possible de déterminer le dosage adéquat à partir d’un seul chiffre valable pour chaque projet concret.
Le montant nécessaire dépend des éléments suivants :
- Épaisseur de la plaque ;
- Qualité du béton ;
- la capacité portante de la fondation ;
- la charge prévue ;
- la fréquence des chargements ;
- la taille des champs communs ;
- les performances avérées de la fibre ;
- la destination de l’ouvrage.
Une allée piétonne et un sol industriel soumis au passage de camions ne peuvent pas être réalisés automatiquement avec la même dose de fibres.
Pour les macro-fibres structurelles ArmoTec, les dosages habituels pour une dalle de béton standard d’une épaisseur de 10 centimètres se situent dans les fourchettes suivantes :
| Utilisation | Posologie recommandée d’ArmoTec |
|---|---|
| Allée ou chape pour les pièces d’habitation | environ 2,5 kg/m³ |
| Dalle en béton standard reposant sur le sol | environ 3 kg/m³ |
| Garage ou allée pour voitures particulières | environ 4 kg/m³ |
| Structure soumise à des contraintes plus élevées | environ 5 à 6 kg/m³ ou selon les calculs statiques |
Ces indications sont fournies à titre purement indicatif et ne remplacent en aucun cas une expertise de la structure concernée. Des calculs statiques peuvent s’avérer nécessaires dans le cas de structures soumises à de fortes charges, de configurations inhabituelles ou de structures porteuses.
Affirmer qu’un kilogramme de fibres par mètre cube suffit pour tout projet de béton est trompeur. Le dosage doit toujours être déterminé en fonction des performances avérées du produit et des contraintes auxquelles la dalle de béton sera soumise.
Quels éléments une macrofibre structurelle doit-elle comporter ?
Les macrofibres structurelles sont intégrées dans les ouvrages de construction. Il ne suffit donc pas de savoir qu’un produit est en plastique, qu’il semble solide et qu’il peut être incorporé dans le béton.
Afin de garantir la fiabilité du produit, il convient de vérifier les points suivants :
- Respect de la norme en vigueur ;
- Marquage CE ;
- Déclaration de performance ;
- indication claire du fabricant et du produit ;
- plage posologique recommandée ;
- Résultats des tests ;
- Valeurs indiquant la résistance à la flexion résiduelle.
La norme EN 14889-2 est une norme européenne importante relative aux fibres polymères utilisées dans le béton. Cependant, le simple fait de respecter cette norme ne signifie pas pour autant que tous les produits présentent les mêmes performances.
Des méthodes d’essai spécifiques, dont l’essai CMOD, permettent de mettre en évidence ces différences. CMOD signifie « Crack Mouth Opening Displacement » (déformation à l’embouchure de la fissure). Ce test permet de déterminer comment le béton renforcé de fibres se comporte après la formation d’une fissure et quelle charge il est encore capable de supporter.
Plus la fonction prévue de la fibre est importante, plus il est essentiel d’évaluer non seulement sa forme ou sa résistance à la traction, mais aussi les performances avérées du béton renforcé de fibres une fois fini.
Idées reçues courantes sur les macrofibres
« Toutes les fibres synthétiques sont identiques »
Ce n’est pas vrai. Les fibres peuvent présenter des différences considérables en termes de matériau, de longueur, d’épaisseur, de forme, de surface et de résistance à la traction. Deux produits d’apparence similaire peuvent présenter des propriétés très différentes lors d’essais dans le béton.
« Un kilogramme suffit pour chaque projet concret »
Il n’existe pas de dosage universel adapté à toutes les constructions. La quantité de fibres par mètre cube doit être adaptée aux contraintes prévues et aux performances avérées du produit.
« L’utilisation de macrofibres rend superflus les joints de dilatation et de contraction. »
Les macrofibres ne rendent pas les joints superflus. Il faut continuer à tenir compte des contraintes causées par le retrait et les mouvements thermiques.
« Les macrofibres peuvent remplacer les armatures en acier partout »
Ce n’est pas vrai. Ils peuvent avant tout remplacer les treillis d’acier qui remplissent une fonction d’armature secondaire dans les dalles de béton posées au sol. Les plafonds suspendus, les poutres, les poteaux et autres éléments porteurs nécessitent un calcul statique.
« L’utilisation de fibres permet de se passer du durcissement. »
Même en cas d’utilisation de macro-fibres, le traitement ultérieur reste indispensable. Si la surface du béton frais sèche trop rapidement, des fissures peuvent apparaître.
« Plus on ajoute de fibres au béton, mieux c’est »
Un dosage trop élevé peut compliquer le mélange, la mise en œuvre et la finition. L’objectif n’est pas d’utiliser autant de fibres que possible, mais d’incorporer la quantité nécessaire et validée.
Que faut-il prendre en compte lors du choix d’une fibre macro ?
Le prix ne détermine pas à lui seul si un type de fibre est adapté à un projet de béton donné.
Avant de prendre une décision, il convient de vérifier les points suivants :
- les normes et la documentation fournies avec le produit ;
- s’il existe des résultats de tests concrets et vérifiés ;
- les utilisations recommandées par le fabricant ;
- la posologie requise ;
- les valeurs de résistance résiduelle qui y sont indiquées ;
- s’il est facile à mélanger et à étaler ;
- si une assistance technique est disponible ;
- s’il existe une expérience pratique acquise dans le cadre de projets concrets ;
- si des calculs statiques peuvent être fournis si nécessaire.
Ne comparez pas seulement le prix au kilogramme, mais aussi le coût total de l’armature d’un mètre cube de béton. Une fibre moins chère n’est pas forcément la solution la plus économique si, pour obtenir les mêmes performances, il faut en utiliser une quantité nettement plus importante.
Résumé
Les macrofibres structurelles constituent une méthode moderne de renforcement tridimensionnel du béton. Elles sont incorporées directement dans le béton frais et réparties uniformément dans toute la masse de béton pendant le malaxage.
En comblant les fissures qui apparaissent, les fibres contribuent à limiter l’ouverture de la fissure et à répartir les charges exercées sur la dalle de béton.
Leurs principaux domaines d’application sont les structures en béton de type dalle reposant sur le sol, notamment :
- Allées ;
- Sols de garage ;
- Sentiers pédestres ;
- Terrasses ;
- Chape pour pièces d’habitation ;
- Sols d’ateliers et d’usines ;
- Cours en béton pour l’agriculture.
Avec le produit adapté, un dosage correctement défini et une mise en œuvre dans les règles de l’art, les macrofibres peuvent remplacer les treillis d’armature en acier, qui jouent un rôle secondaire dans certaines applications.
Toutefois, ils ne peuvent pas remplacer l’acier dans tous les ouvrages. Lorsque le béton couvre de grandes portées, est suspendu ou remplit une fonction porteuse principale, l’armature nécessaire doit être déterminée par un ingénieur en structure.
Foire aux questions
Les macrofibres peuvent-elles remplacer les treillis d’armature en acier ?
Oui, dans le cas de certaines dalles en béton posées à même le sol, où le treillis métallique remplit une fonction d’armature secondaire. Dans les structures porteuses en béton armé, il ne doit toutefois pas être remplacé sans une conception appropriée.
Peut-all-on utiliser des macrofibres dans une allée ?
Oui. Une voie d’accès aménagée au sol et soumise à la circulation des voitures particulières constitue un domaine d’application typique des macrofibres structurelles. Le dosage approprié doit être déterminé en fonction de l’épaisseur de la dalle, de la qualité du béton et des charges prévues.
Les joints sont-ils nécessaires dans le béton fibré ?
Oui. Les macro-fibres ne remplacent pas les joints de dilatation correctement conçus.
Les macrofibres polymères rouillent-elles ?
Non. Les macrofibres de polypropylène ne se corrodent pas comme l’acier.
Les macrofibres restent-elles visibles à la surface du béton ?
Des fibres isolées peuvent être visibles à la surface du béton fraîchement coulé. Un traitement de surface réalisé dans les règles de l’art permet d’en intégrer la plupart dans la surface. De plus, les extrémités de fibres apparentes peuvent s’user mécaniquement au fil du temps.
Quelle quantité de macro-fibres faut-il par mètre cube de béton ?
La quantité nécessaire dépend du produit, de l’épaisseur des dalles et des charges prévues. Chez ArmoTec, les dosages habituels pour les dalles de béton posées au sol se situent entre environ 2,5 et 6 kg/m³.
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