Béton I Chapitre I Propriétés des matériaux HADJSADOK A.

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Chapitre I : PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX DU BETON ARME

I. 1 Définitions

Le béton est un matériau de construction résistant et durable que l’on peut mouler en des formes très variées :

massifs de fondation, barrages, éléments de charpentes (poutre, dalles, poteaux) et coques minces de formes divers.

Le béton est formé de granulats et d’une pâte d’eau de ciment qui a durci dans le temps après des réactions

d’hydratation.

I. 2 Le béton Les principaux constituants des bétons sont :

- le ciment

- l’eau de gâchage

- les granulats

- les adjuvants

I.2.1 Ciment Le ciment est défini par son type (Portland, alumineux,…) et par sa classe de résistance (32,5, 42,5 et

52,5) qui présente des indications sur la résistance à la compression à 2, 7 et 28 jours d’âge des mortiers normalisés

à base de ce ciment.

Exemple : CEM I : Ciment Portland Artificiel (sans constituants secondaires).

CEM II : Ciment Portland composé (pouvant contenir du laitier, de la pouzzolane, des cendres

volantes, des fillers,…). CEM III : Ciment de Laitier au Clinker.

Généralement, en pratique, les ciments CEM I et CEM II de classe de résistance 32.5 et 42.5 sont les plus utilisés

I.2.2 Eau de gâchage

L’eau de gâchage est la quantité d’eau totale ajoutée au mélange sec du béton.

Elle est nécessaire pour : - l’hydratation du ciment (réaction entre le ciment et l’eau)

- le mouillage des granulats

- la facilité de mise en place du béton (l’ouvrabilité).

L’eau de gâchage doit être propre. La quantité d’eau introduite dans la composition du béton influence sa résistance et

son ouvrabilité. La quantité d’eau utilisée dans un mélange est calculée par rapport selon l’ouvrabilité et la résistance

du béton désirées. Le rapport Eau /Ciment pour des bétons courant varie 0.4 et 0,7 (0,4<E/C<0,7).

I. 2. 3 Sable

Le sable est constitué par des grains fins (<5 mm). Il peut être naturel (lit de rivière, rivage de la mer, …) ou artificiel

(obtenu par concassage des roches dures, exemple: Calcaire, granit, quartzite, ).

I. 2. 4 Gravier

Les graviers sont des matériaux inertes, d’un diamètre variant entre 5 et 40 mm, provenant de roches naturelles ou

artificielles, utilisées telles quelles ou concassées. Ils représentent 60 à 80% du volume du béton et influencent

fortement ses propriétés, le dosage et le coût des mélanges.

Les granulats sont constitués par des grains rocheux dont la grosseur est comprise entre 5 et 25 mm (8-15 et 15-25

25/40).

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On distingue :

- Gravier roulés : extraits de lit de rivière.

- Gravier concassés : extraits par concassage des roches (aspect anguleux et arêtes vives).

NB. Les graviers sont caractérisés par une courbe granulométrique (essai de granulométrie par tamisage), et par leur

résistance mécanique (Coefficient de Los Angeles et microdeval).

I. 2. 5 Adjuvants

En poudre ou en liquide, ils sont incorporés lors de la fabrication (malaxage) du béton pour modifier ses propriétés à

l'état frais (ouvrabilité) ou durci (prise et durcissement).

Ils sont classés selon l’action principale qui les définit. On peut citer :

les plastifiants ou superplastifiant (améliore l’ouvrabilité, réduction de l’eau, ..).

les accélérateurs de prise et/ou de durcissement (utilisé en période hivernale, décoffrage rapide,...)

Le retardateur de prise et/ou de durcissement (Temps chaud, béton de masse, …).

Exemple d’une composition d’un béton courant :

350 Kg de ciment,

450 litre de sable,

750 litre de gravier,

180 litre d’eau.

I.3 Propriétés physiques et mécaniques du béton

I.3.1 Propriétés physiques

a- Masse volumique

- La masse volumique « ρ » des bétons courants est compris entre 2,2 et 2,4 t/m3 (le poids volumique « γ » 22 et

24 kN/m3 ou KPa

) .

b- Retrait

Au cours de sa vie, le béton subit une variation de volume sans chargement extérieur. Le retrait est une

variation dimensionnelle du béton sans chargement extérieur.

Le retrait varie en fonction :

- de l’état hygrométrique du milieu ambiant,

- du dosage de ciment,

- de la qualité d’eau de gâchage.

II.3.2 Propriétés mécaniques

a- Résistance caractéristiques en compression « ƒ cj »

Le béton est défini par la valeur de sa résistance à la compression à 28 jours d’âge dite valeur caractéristique requise,

notée ƒc28. Lorsque les sollicitations s’exercent sur un béton à un âge inférieur à 28 jours ((à j jours ; en cours

d’exécution), on se réfère à la résistance ƒcj du béton au jour j considéré.

La résistance (ƒcj en MPa) du béton est obtenue expérimentalement par un essai de compression sur des

éprouvettes cylindriques de béton de dimensions 16x32 cm2, généralement à 3, 7 ou 28 jours.

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En fonction de ƒc28, fcj est estimée comme suit :

Pour j ≤ 28 :

Mpac

fpourc

f

Mpac

fpourc

f

402828

402828

0.95j 1.40

j=

0.83j4.67

j=

cjf

cjf

Pour 28≤ j ≤60 ƒ cj = ƒc28

Pour j ≥ 60 ƒ cj= 1.1 ƒc28

b- Résistance caractéristique á la traction

La résistance á la traction du béton est beaucoup plus faible que sa résistance á la compression (fT ≈ 1/10 fC ). On

peut déterminer fT expérimentalement par :

- Essai de traction direct : L’essai consiste à sceller deux

barres d’acier dans une éprouvette, et procéder par

arrachement.

- Essai par fendage (essai brésilien) : L’essai consiste à

écraser un cylindre de béton entre les plateaux d’une presse.

- Essai par flexion : L’essai consiste a appliquée une charge

concentrée (au milieu) sur une poutre de section transversale

carrée.

La résistance caractéristique á la traction est conventionnellement définie par la relation empirique (en MPa) suivante

( selon le B.A.E.L) :

Pour ƒcj < 60 MPa :

Pour ƒcj 60 MPa :

Exemple : pour ƒc28 = 25 Mpa → ƒt28 = 2.1 Mpa

c- Coefficient d’élasticité (Module de YOUNG)

ƒtj= 0.6 + 0.06 ƒcj

ƒtj= 0.275 ƒcj 2/3

P

N.B La procédure complète de l’essai de mesure de la résistance en compression du béton

sera donnée dans les séances de travaux pratique (TP).

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Sous les contraintes normales d’une durée d’application inférieure á 24 heures, on a : Le module de

déformation longitudinale instantanée du béton « Eij».

( Eij et ƒcj en Mpa )

- Sous les contraintes de longue durée d’application (les déformations différées du béton comprennent le retrait

et le fluage). Le module de déformation longitudinale différée du béton « Evj» : permet de calculer la

déformation finale du béton (déformation instantanée + déformation retrait et fluage).

( Evj et ƒcj en Mpa )

d/ Fluage (déformation sous charge constante )

- L’expérience a montré que, lorsque le béton est conservé en étant soumis á un chargement constant, la

déformation du béton augmente : c’est le fluage.

I.3.3 Diagramme de contrainte / déformation (de calcul)

b- A l’E.L.U

Pour les calculs `a l’ELU, le comportement réel

du béton est modélisé par la loi parabole-

rectangle sur un diagramme contraintes

déformations donné sur la Figure à droite, avec :

Ɛbc1 = 2‰

Ɛbc2 = 3,5 ‰ (si fcj< 40MPa)

Et

𝒇𝒃𝒖 =𝟎,𝟖𝟓 𝒇𝒄𝒋

𝜸𝒃

b- A L’E.L.S

Les déformations nécessaires pour atteindre l’ELS sont relativement

faibles et on suppose donc que le béton reste dans le domaine

élastique.

Avec Eb : module de déformation du béton

Eij = 11000 (ƒcj)1/3

Evj = 3700 (ƒcj)1/3= Eij /3

Diagramme contrainte-d´eformation de calcul à l’ELU.

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Forfaitairement, en prends Eb = 13333 MPa

I.4 L’Acier

L’acier est un matériau très résistant. La résistance utile de l’acier, en compression et en traction, est de l’ordre de 10

fois la résistance à la compression des bétons (et de 100 fois leur résistance à la traction). L’acier, d’autre part, est un

matériau coûteux, comparé au béton. On fait une bonne combinaison des deux matériaux en utilisant le béton

pour résister aux efforts de compression, et l’acier pour les contraintes de traction.

Les aciers pour béton armé sont fabriqués en usine, sous forme de fils ou barres de longueur commerciale de 12m et

différents diamètres (5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 32, 40 mm).

On définit :

- La résistance caractéristique de l’acier comme étant sa limite élastique garantie : ƒe

- Le module d’élasticité longitudinale de l’acier est pris égal à : Es = 200000 MPa

I. 4. 1 Diagramme contraintes- déformations (de calcul)

Le diagramme contraintes(s)–déformations (s) est conventionnellement défini ci-dessous :

I.4. 2 Aciers utilisés en B.A

Les armatures métalliques sont placées dans les zones du béton où le risque de fissuration est important (zones

tendues ou cisaillées).

Les armatures pour B.A sont constituées par des aciers

qui se distinguent par leur nuance et leur état de surface.

a/ Ronds lisses

C’est un acier qui n’a subit aucun traitement thermique, il présente une surface lisse. Ce sont des aciers doux ; leur

résistance est moyenne, ils sont souples et élastiques. Pour ce type, il existe deux (02) nuances :

Nuance ƒe (MPa)

FeE 215 215

FeE 235 235

b/ Armatures à haute adhérence

fe/Es

-fe/Es -10 ‰ 10 ‰

-e

e

Es

s

s

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Leur surface présente des reliefs (nervures en hélice, …) qui améliorent l’adhérence de la barre au béton. Ces

aciers sont très résistants, mais peu souples. Pour ce type, on a:

Nuance Fe (MPa)

FeE 400 400

FeE 500 500

Les barres les plus utilisées sont les barres en acier «TOR».

Acier TOR : acier dur, torsadé à froid, de section ronde

pourvue de deux nervures hélicoïdales entre lesquelles

se situent des verrous obliques.

c/ Treillis soudés

Les treillis soudés sont des grillages en fils tréfilés et lisses, assemblés aux points de croisement par soudure

électrique. Leur diamètre varie entre 4 et 12 mm.

Ils sont généralement utilisés comme armature des dalles et voiles.

I. 5 Les avantages et inconvénients du béton arme

Les avantages du béton armé peuvent se résumer ainsi:

- facilite d’emploi, et disponibilité du matériau ;

- grande variété de formes possibles ;

- absence d’assemblages

- absence d’entretien des ouvrages finis.

Quant aux inconvénients, on peut citer :

- son poids ;

- brutalité des accidents ;

- temps de durcissement relativement long ;

- exécution peu précise ;

- difficulté de reprise des ouvrages en cas de transformation.