Méthodes de CND pour caractériser la teneur en fibres et leur orientation dans le béton des fibres métalliques

Domaine

Génie Civil, Génie Mécanique / Science de la mesure

Missions

La distribution des fibres dans un élément structurel en béton fibré est une étape cruciale pour le développement efficace de l'action de renforcement fournie par les fibres. L’hypothèse d’une distribution uniforme et aléatoire des fibres à l'intérieur d'un élément structurel ne peut être obtenue que difficilement, en raison des effets négatifs que les fibres elles-mêmes ont sur l'ouvrabilité du béton frais[1]^,[2].

Pour cette raison, le moulage d'éléments en béton fibré peut difficilement être réalisé sans interventions externes, telles que le compactage manuel et les vibrations, qui pourraient compromettre l'uniformité aléatoire de la distribution des fibres. En optimisant le processus de coulage, la direction d'écoulement du béton frais, le long de laquelle les fibres ont tendance à s'aligner, peut être amenée à coïncider, aussi bien que possible, avec le modèle de contrainte attendu (c'est-à-dire la direction des contraintes de traction principales). Cela permettrait d'améliorer l'efficacité structurelle des éléments en béton fibré.

Le stage porte sur la recherche d’une méthode de contrôle de la distribution et de l’orientation des fibres, la plus efficace et la moins onéreuse possible dans le contexte opérationnel visé, pour permettre cette optimisation.

Parmi les méthodes expérimentales pour identifier l'orientation et la distribution des fibres, les méthodes de Contrôle Non Destructives (CND), notamment les méthodes inductives et la tomographie, présentent un intérêt particulier car elles peuvent être plus facilement utilisées pour les contrôles de production d'éléments structurels préfabriqués.

Les méthodes inductives sont basées sur les différentes propriétés électromagnétiques des fibres métalliques et de la matrice cimentaire. En particulier, la mesure de la résistivité permet d'estimer la densité et l'orientation par rapport au champ électrique^[3],[4] ainsi que la mesure de l’inductance d’un champ magnétique local^[5]. Cependant, ces méthodes ont une limite dans leur application par rapport à l'épaisseur des éléments testés. Les secondes méthodes non destructives utilisent la tomographie à l'aide de rayons X, pour visualiser la microstructure interne d'un matériau, et donc déterminer l'orientation et la distribution des fibres^[6]. Malgré la précision des résultats, il faut tenir compte de la complexité de l'utilisation des instruments de mesure, du post-traitement des données et du risque lié à l'utilisation des rayons X. En outre, la limite de cette méthode réside dans le fait qu'elle ne peut être appliquée que sur de petits éléments ou des prélèvements d'éléments structurels d’intérêt^[7],[8].

Dans ce contexte, l'objectif principal du stage sera d'identifier à partir de la littérature scientifique, de données techniques et d’une revue critique en vue d’une perspective de développement pour l’ingénieur, la meilleure méthode expérimentale pour l'identification de la distribution et de l'orientation des fibres dans le cas d'éléments structurels préfabriqués. En particulier, une méthodologie compatible avec les contrôles de production devra être identifiée.

Le travail de stage se déroulera selon les étapes suivantes :

• État de l'art des méthodes de CND inductives en particulier avec l'identification des applications sur les contrôles de production des éléments préfabriqués
• Réalisation des mesures de résistivité électrique sur des échantillons de laboratoire (formulation béton fibré fixée) pour l’identification de l’orientation des fibres.
• Analyse des résultats des mesures de résistivité et comparaison avec la formulation de béton fibré et l’analyse des effets de la distribution et de l’orientation des fibres[9]

KEYWORDS: Non Destructive Testing, Steel Fiber-Reinforced Concrete, Electrical Resistivity

Type de contrat

Stage de 6 mois – démarrage souhaité : Mars ou Avril 2023