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Le béton armé du bambou


Rafik
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Le béton armé du bambou

"Bamboo Reinforced Concrete"

Dans certaines régions du monde beaucoup de bâtiments sont construits seulement avec du béton ou de la brique. Ces bâtiments ont peu d'espoir de se tenir dans le cas d'un tremblement de terre. Le renfort en acier serait une solution idéale, mais le cout est un problème considérable. Les scientifiques et les ingénieurs cherchent constamment de nouveaux matériaux pour les systèmes structuraux ; l'idée d'employer le bambou en tant que renfort possible commence à gagner de la popularité.

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Les propriétés physiques et mécaniques du bambou

Pour proposer l’utilisation du bambou comme matériau de construction, il est primordial d’en saisir les caractéristiques et les propriétés intrinsèques. Les tissus des tiges de bambou sont composés de fibres cellulosiques qui expliquent sa grande résistance. le bambou est une plante vivace de la famille des graminées dont la croissance est parmi les plus rapides du monde végétal et peut atteindre 40cm par jour. Certaines espèces ont une hauteur de plus de 36m et leur diamètre varie entre 1cm et 30cm à maturité. C’est sur les rives du sud-est asiatique et dans les îles adjacentes que l’on retrouve la plus grande concentration de bambou, car il pousse mieux dans les territoires exposés à la mousson.

La distribution des fibres est plus uniforme à la base de la tige qu’au sommet. C’est donc à cet endroit que la paroi est la plus épaisse donc la plus résistante. Ceci peut s’expliquer par le fait que le bambou doit supporter son propre poids, et qu’il doit résister à la flexion sous l’effet du vent, les nœuds assure une meilleur stabilité contre le flambement

Le module d’élasticité est un autre paramètre important qui affecte les performances structurales du bambou. Les investigations menées à ce jour indiquent que toutes les espèces de bambou présentent un faible module d’élasticité ce qui peut entraîner l’affaissement ou la fissuration des structures. Des précautions supplémentaires devraient donc être prises lors de la fabrication d’éléments, telles les poutres, qui sont sujettes à des déformations importantes. La résistance en compression du bambou est quant à elle supérieure lorsqu’elle est mesurée perpendiculairement au grain comme la plupart des bois de charpente.

Dans leur étude, Ferreira, Moreno et Beraldo (2001) tentent de mesurer la valeur de rupture en tension et en compression du bambou et d’évaluer le module d’élasticité afin de définir le comportement structural des poutres de béton armé de bambou. Les résultats obtenus lors des essais ont permis d’obtenir les valeurs suivantes pour des tiges de section totale :

• Rupture en tension : 189 MPa

• Module d’élasticité : 22 200 MPa

• Rupture en compression parallèlement aux fibres : 78 MPa

Mais avant toute chose, c’est le taux d’humidité qui définira la qualité des propriétés mécaniques du bambou. Il a été observé que les propriétés mécaniques sont optimales lorsque les tiges, après séchage, ont un taux d’humidité situé entre 15 et 20%. Tout comme le bois, le bambou subit un retrait dû au séchage après que l’on ait coupé la tige. Ce retrait est de l’ordre de 3 à 12% pour le diamètre, tandis qu’il est plutôt négligeable longitudinalement (0.01%).

L’adhérence béton-bambou

L’adhérence entre les tiges de bambou et le béton est l’une des principales limites de la technologie des bétons armés de bambou. S’appuyant sur les travaux de Shui (1990), Raj (1995) avance que l’adhérence moyenne observée entre plusieurs espèces de bambou et le béton est de l’ordre de 0.25 à 0.5 MPa. D’ailleurs, Kankam et Perry (1989) ont mené une expérimentation afin de mieux comprendre les facteurs et les paramètres influençant l’adhérence béton-bambou. Ils ont tenté de déterminer l’influence du traitement du bambou et de la résistance du béton sur la qualité de l’adhérence entre le béton et les armatures de bambou, en tenant compte des variables suivantes :

• La valeur de la force en compression du béton;

• La présence de nœuds sur les tiges;

• La durée du séchage des tiges;

• Le sablage des surfaces de bambou;

• L’application d’un traitement au bitume avec et sans sable.

L’effet combiné d’une meilleure résistance à la compression du béton (44 MPa au lieu de 35 MPa), d’un séchage de quatre semaines et de la présence de nœuds sur les tiges semble avoir des résultats positifs sur l’adhérence. En effet, la valeur d’adhérence béton-bambou est de 1,13MPa pour des tiges sans nœuds et 2,04 MPa pour des tiges avec nœuds.

Il apparaît que les tiges de bambou ayant des nœuds obtiennent toujours une meilleure adhérence béton-bambou que celles sans nœuds. Les nœuds agissent comme des protubérances qui permettent au bambou de mieux s’agripper au béton.

Ferreira, Moreno et Beraldo (2001) ont obtenu des résultats semblables. Les chercheurs ont également tenté de trouver une façon d’accroître l’adhérence béton-bambou. Leurs essais prouvent que le recouvrement du bambou par un vernis et un grillage métallique offre le meilleur coefficient d’adhérence béton-bambou.

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Essai d’arrachement du bambou dans le béton (Ghavami, 1995)

L’utilisation du bambou comme armature dans le béton: le cas des poutres

Grâce à ses fibres longitudinales qui lui donnent une résistance élevée en tension, le bambou peut être utilisé pour remplacer l’acier comme armature dans les éléments de béton, telles les poutres. Tous les auteurs recensés s’accordent pour dire que les équations et les procédures de design pour le béton armé d’acier peuvent être employées de façon tout à fait sécuritaire pour la conception des poutres de béton armé de bambou.

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Réalisation d’une poutre de béton armé de bambou

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Courbe contrainte-déformation

Quelques illustrations graphiques

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Ferraillage en bambou de la poutre

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Coffrage et ferraillage de la poutre en vu d’un bétonnage

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Essai de rupture en flexion de la poutre

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Fissuration de la poutre et apparition des armatures

Bonus

Quelques applications ingénieuses du bambou en Vietnam

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Un vélo en bambou

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Camion de nettoyage ou le « Bamboo Street Sweeper »

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