Chapitre 1: Gnralits- Matriaux du

Bton Arm

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Module Bton Arm - 2AGC - ENIT

Karim Miled

Plan du chapitre

I. Aperu historique

II. Bton

III. Acier du Bton Arm

IV. Bton Arm

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I. Aperu historique

J. Lambot (1847) : renforcement du mortier de ciment avec des aciers.

Vicat (1818) labore la thorie de lhydraulicit: mlange de calcaire et de

silice conduit lobtention dun ciment artificiel par cuisson

3brevet de la barque imputrescible. Grand succs lexposition

universelle de 1855

Joseph Monier, ingnieur civil franais, est considr souvent

comme le pre du bton arm. En 1867, il dpose le brevet de la

caisse horticole ralis en mortier de ciment arm.

4Caisses horticoles en mortier de ciment arm (Monier, 1867)

Joseph Monier proposa ensuite un systme de construction de

maison, de ponts et de rservoirs en B.A.

5

6

F. Hennebique (1892) : placement des fers selon la direction des

contraintes (fers longitudinaux et triers)

7

Entre 1892 et 1909, plus de 20 000 ouvrages B.A. sont construits

sur plusieurs continents et notamment en Europe.

Taipei 101

Taipei,Taiwan,

509 m

Petronas Towers

Kuala Lumpur,

Malaisie, 452 m

La construction en B.A. aujourdhui

Aujourd'hui, le bton est le

matriau de construction

le plus consomm dans le

8

Jin Mao Tower

Shanghai,

Chine, 421 m

Sears Tower

Chicago, Etats-Unis,

442 m

le plus consomm dans le

monde (environ 1 m3/an

par habitant)

Perle de lorient Shanghai,

Chine, 468 m

Construite en 1995

9

Shanghai, juin 2009

10

Encore plus haut !

Burj Dubai ou Burj

Khalifa, 850 m (2009)

11

Khalifa, 850 m (2009)

Viaduc Rion-Antirion, Grce, 2004

Longueur de franchissement 2252 m

12Les pylnes de 227m de hauteur en BHP (fc28= 82 MPa)

Viaduc du Millau, Aveyron, France, 2004

Longueur de franchissement 2460 m, hauteur 343 m

137 piles en BHP (fc28= 60 MPa), hauteur de la pile la plus haute 245 m

II.1. Composition du Bton Ciment Portland Artificiel: CEMI 42,5 ou 42,5R ou CEMI 52,5

ou 52,5R, Ciment HRS 42,5 ou 52,5.

Eau => Rsistance en compression augmente quand (E/C) diminue.

Granulats (sable et gravier) => choisir un squelette granulaire compact et des granulats de bonne qualit

II. Bton

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granulaire compact et des granulats de bonne qualit

Adjuvants:

- malaxage facile et bonne ouvrabilit: plastifiants et super-plastifiants

- temps de prise: retardateurs et acclrateurs de prise et de durcissement.

Ajouts: filler, fume de silice, etc. => amliorer la compacit de la pte cimentaire et du squelette granulaire=> augmenter la rsistance du bton

II.2.1. Rsistance la compression du bton

Un bton est caractris par sa rsistance caractristique

28 jours fc28 obtenue pour un fractile de 5%.

fc28 doit tre dtermine exprimentalement sur des prouvettes cylindriques (16*32cm).

II.2. Rsistances mcaniques du Bton

Daprs les rgles Bton Arm aux Etats Limites du 1999 (BAEL99)

MPaRsiMPaRf 305,3

Selon les rgles BAEL 99:

Pour j < 28 jours:

Evolution de la rsistance caractristique la

compression en fonction du temps dun bton base

de ciment CPA et non trait thermiquement

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j : Age en jour

Pour j 28 jours: fcj= fc28

et fc28 60 MPa

LD

Pft

2=

II.2.2. Rsistance la traction du bton

Dtermine exprimentalement par lessai brsilien (essai de fendage):

P: leffort de compression appliqu par le vrin de la presseD: diamtre du cylindre (16cm)L: Hauteur du cylindre (32cm)

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MPafpourMPaff

MPafpourMPaff

cjcjtj

cjcjtj

60)(03.04.2

60)(06.06.0

>+=

+=

A dfaut de valeur exprimentale, la rsistance caractristique la traction lge j (en jour) du bton

peut tre dtermine en fonction de fcj par la formule

empirique suivante issue des rgles BAEL99 :

L: Hauteur du cylindre (32cm)

=> ft28

est gale environ (fc28

/12)

=iE

II.3. Dformations instantanes du bton Module instantan de dformation longitudinaledtermin exprimentalement par lessai de module:

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MPafpourMPafE cjcjij 60)(11000 3 =

)4030( 28 GPaEGPa i

A dfaut de valeur exprimentale, le module instantan du bton lge j (en jour) peut tre dtermin en fonction

de fcj par la formule empirique suivante issue des rgles

BAEL 99:

II.4.1. Fluage du bton Cest un raccourcissement progressif du bton sous contrainte constante de compression (retrait dduit). Cette dformation diffre se poursuit

pendant des dcennies avec une vitesse dcroissante, pour aboutir une

lente stabilisation.

)(

)(

btondu ou vraiefinalendformatio:;

00 tEEtE

iflifl

vfliv

==>==

+=

Formulation simplifie du BAEL 99:A: prouvette tmoin de retrait

II.4. Dformations diffres du bton

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)(37002

vraimodule:;)1(

)(

)()1()1(

fluagedu module:;fluagedu finalen dformatio:

)(

328

0

0

0

0

MPafE

EtE

E

tE

E

tE

cv

vi

v

i

iv

flfl

i

==>=

+=

+=+=

: date de confection des prouvettes

3

ij

vj

EE ==> Module diffr de dformation longitudinale:

II.4.1. Retrait du bton

Cest un raccourcissement spontan et progressif du bton en labsence de toute contrainte. Ce phnomne est d principalement lvaporation de lexcdent deau de

gchage non combine au ciment dans la raction dhydratation.

jouren t );( ;)(

)()(

==

= rr

cmB

rt

tr

trt Selon les Rgles BAEL 99:

Retrait empch => fissuration du bton

r(t): loi dvolution du retrait => 0 < r(t)

20

6

0

0

10)310

806)(100(

;201

1;

jouren t );( ;9

)(

++=

=+

==

=+

=

m

h

ss

s

ssr

m

m

r

B

Akk

cmu

Br

rt

ttr

rm: rayon moyen de la pice =>r si rmB: aire de la section droite de la piceu: primtre en contact avec le milieu ambiants: % darmatures adhrentes As: section darmatures adhrentesh: hygromtrie ambiante en %r si h A dfaut de donnes prcises, on peut supposer que:

r= 2 10-4 en climat humider= 4 10-4 en climat chaud et sec r= 5 10-4 en climat trs sec ou dsertique (sud tunisien)

III.1. Proprits mcaniques

Comportement lasto-plastique => bonne ductilit

A

F=Contrainte

Rsistance la traction fr

Bonne rsistance la traction et la compression

III. Acier du B.A.

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0

0

l

ll =

Limite dlasticit fe

Dformation

E = 200 GPa Dformation la rupture r

=E

Module dlasticit

Instantan E

Essai de traction

Barres Haute Adhrence (HA): aciers durs lamins chaud

FeE400 fe = 400 MPa et r 14%

FeE500 fe = 500 MPa et r 12%

Nuances des Aciers du B.A.

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FeE500 fe = 500 MPa et r 12%

Ronds Lisses (RL): aciers doux sans traitement thermique

FeE215 fe = 215 MPa

FeE235 fe = 235 MPa

Trs grande dformation la rupture: r 22%

III.2. Caractristiques gomtriques des aciers du

B.A.

Fils HA: armatures pour pr-dalles prfabriques, etc.Forme

Barres lisses ou HA: 6 longueur 12m

Treillis souds en acier HA ou en Rond Lisse: voiles, dalles, etc.

Diamtres normaliss des barres

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Diamtre

(mm)5 6 8 10 12 14 16 20 25 32 40

Section

(cm2)0.2 0.28 0.50 0.79 1.13 1.54 2.01 3.14 4.91 8.04 12.57

Poids

(kg/m)

0.1

60.222 0.395 0.616 0.888 1.208 1.579 2.466 3.854 6.313 9.864

Diamtres normaliss des barres

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IV.1. Dfinition

Le Bton arm est une association entre bton et armatures en acier ayant une trs bonne rsistance la traction et une

IV. Bton Arm

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trs bonne rsistance la traction et une bonne ductilit.

IV.2. Principe

Bton reprend les efforts de compression

Acier reprend les efforts de traction

Coefficient de dilatation thermique proches Bton 7 12 x10-6 / C

Acier 11 x10-6 / C

Adhsion parfaite entre les 2 matriaux:

IV.3. Compatibilit entre bton et

acier

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Adhsion parfaite entre les 2 matriaux: Adhsion chimique

Rugosit des armatures

Prsence des nervures sur les armatures

Corrosion des armatures empche par la prsence du bton qui est un milieu basique

Bonnes rsistances la compression, la traction, au feu et lagression deau

Bonne rigidit

Prix bon march (surtout par rapport lacier)

Entretien minimal et longue dure de vie

IV.4. Avantages du B.A.

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Entretien minimal et longue dure de vie

Facilit de mise en uvre: plusieurs formes (coques, arcs, etc.)

Seul matriau disponible pour la plupart des fondations

Rsistance la traction trs faible du bton => le bton tendu ne travaille pas

Retrait empch du bton => Fissuration

Fluage du bton => Dformations diffres

IV.5. Inconvnients du B.A.

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Fluage du bton => Dformations diffres

Matriau polluant (1 tonne CO2/ 1 tonne de ciment)

Variabilit de ses proprits mcaniques selon la formulation et la mise en uvre

Ncessit du coffrage