Ductal® doit son caractère novateur à ses performances mécaniques exceptionnelles, notamment sa résistance à la compression et à la flexion, son comportement en fluage et en retrait, ou encore sa tenue au feu.
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Ces propriétés en flexion et en traction permettent de dimensionner des structures minces avec peu ou pas d'armatures passives, telles que des tabliers de passerelles de 3 cm d'épaisseur. Cela permet également de réduire ou supprimer les armatures d'effort tranchant.
Ci-dessous, les propriétés mécaniques Ductal®. |
FAQ 1 : Comportement en compression
Le matériau Ductal® a un comportement en compression hors du commun : sa résistance est de 4 à 8 fois plus importante que celle des bétons ordinaires. De plus la contrainte suit une loi quasiment linéaire en fonction de la déformation jusqu'au maximum de l'effort, montrant ainsi qu'il n'y a aucun endommagement du matériau dans cette phase.
FAQ 2 : Comportement en flexion du Ductal®
Le Ductal®-FM contient 2% en volume de fibres métalliques, soit plus de 50 millions de fibres métalliques par metres cubes. Ces fibres confèrent au matériau un comportement ductile en flexion : ceci signifie qu'une fois dépassées les premières micro-fissurations et la valeur maximale, la contrainte supportée par le matériau ne chute pas brutalement mais progressivement tandis que la déformation augmente, comme le montre le graphe ci-après.
FAQ 3 : Retrait et fluage
Le retrait et le fluage sont probablement les propriétés les plus remarquables de Ductal®.
Des essais de fluage ont été réalisés en France à l'Ecole Centrale de Nantes et au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) et aux Etats-Unis au centre d'essais de Mac Lean de la FHWA (Federal Highway administration).
Pour un béton ordinaire le facteur de fluage peut atteindre 3 à 4 ; pour des bétons à hautes performances, ce facteur est réduit mais la déformation différée reste supérieure à la déformation élastique.
Le facteur de fluage du Ductal® est inférieur à 0.8, et si un traitement thermique est appliqué, le facteur de fluage est inférieur à 0.2 comme le montre la figure ci-après.
Pour les calculs, on considère en général une valeur de 0.3.
Comme le rapport eau sur ciment est très faible, le Ductal® ne présente pas de retrait de séchage. Un retrait endogène est observé (300 à 400 µm/m), mais lorsqu'un traitement thermique est appliqué, ce retrait est terminé à la fin du traitement et ne subsiste alors aucun retrait résiduel.
FAQ 4 : Comportement à la fatigue
Des essais de fatigue sur éprouvettes pré-chargées ont été réalisés au CSTB. Le chargement appliqué était entre 10 et 90% de la limite élastique.
La figure ci-après montre une courbe type ouverture de fissure (Crack Opening Displacement) en fonction du nombre de cycles. On constate qu'il n'y a pas d'augmentation de l'ouverture de fissure, donc pas de propagation de fissure, à 1.2 million de cycles.
L'analyse du taux d'augmentation de la flèche en fonction du nombre de cycle montre que le chargement appliqué est en dessous du seuil d'endurance du matériau.
Dans un calcul de dimensionnement de structures soumises à des sollicitations de fatigue, la contrainte de service est limitée à la résistance à la traction directe du matériau. Les résultats présentés ci-dessus montrent que l'application du règlement BFUP est particulièrement sécuritaire dans le cas de l'application du Ductal®-FM.
FAQ 5 : Comportement à hautes températures et au feu
Comportement au feu
Les matériaux Ductal® sont classés M0 (non inflammable).
Une formulation spécifique, Ductal®-AF a été développée pour bien résister au feu. Il s'agit d'une formulation avec fibres métalliques à laquelle sont ajoutées des fibres organiques.
Des essais sous feu ISO 834 sur des poteaux chargés et non chargés et des poutres chargées et non chargées ont été réalisés au Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB - Marne-La-Vallée) et chez VTT en Finlande. Ces essais ont démontré le très bon comportement du matériau et l'absence quasi totale d'écaillage.
La photo ci-après montre une colonne avant et après feu ISO.
Propriétés du matériau à hautes températures
La caractérisation à hautes températures du Ductal® a été réalisée au CSTB de Grenoble, chez SFC en France, à l'université Braunchweig en Allemagne, à l'Ecole Polytechnique de Milan en Italie et à l'Imperial College en Angleterre. Ci-après une synthèse des résultats.
Evolution de la résistance en compression en fonction de la température
Des essais de compression à hautes températures ont été réalisés sur des éprouvettes en Ductal®. Une partie des essais a été réalisée sur des éprouvettes après refroidissement consécutif à un maintien à une température T donnée : essais dit résiduels. Une partie des éprouvettes a été testée maintenue à la température T : essais dit à chaud.
La figure ci-après donne l'ensemble des résultats. On constate que les performances obtenues sont quasiment toutes supérieures à la courbe DTU feu prévu pour les BHP (extension du DTU feu pour les BHP entre 60 et 80 MPa).
Cette courbe normalisée du DTU peut donc être prise pour les calculs au feu de structure en Ductal®.
