Le béton armé – Principe et...

EdC - Construction 1/6 Ch10tech.doc

Le bton arm Principe et gnralits Le bton arm est un matriau trs utilis dans les constructions du BTP (btiments, routes, ouvrages darts). Son succs repose dune part sur ses qualits de rsistance, mais galement sur les mthodes de mise en uvre qui permettent dobtenir des formes varies (selon les coffrages) rpondant aux exigences architecturales les plus diverses. Enfin, le cot de fabrication et de mise en uvre du bton arm est particulirement comptitif. 1/ POURQUOI ARMER LE BETON ? Lorsquune poutre en bton non arm est soumise une sollicitation de flexion (fig 1), on constate rapidement lapparition de fissures importantes dans la zone infrieure de la poutre. Les contraintes de traction dveloppes dans la zone tendue de la poutre sont trop importantes et le bton rompt. Par ailleurs le bton rsiste parfaitement aux contraintes de compression dveloppes dans la zone suprieure de la poutre. La solution consiste renforcer la partie tendue de la poutre par des armatures capables de supporter les contraintes de traction prsentes (fig 2).

Chargement de la poutre en bton non arm. Zone de la poutre

fortement comprime.

Zone de la poutre fortement tendue. Apparition de fissures.

Fig 1

Apparition de micro-fissures. Leur ouverture est stoppe par larmature.

Chargement de la poutre en bton arm.

Fig 2


Cette association du bton et de larmature ne peut fonctionner que sil existe une parfaite adhrence entre les deux matriaux. Si larmature est lisse et graisse, la poutre se comporte comme une poutre de bton seul. Le bton arm est un matriau composite constitu de bton et darmatures, gnralement mtalliques (treillis soud ou barres). Son utilisation est relativement rcente, les premires applications datent du XIX me sicle : LAMBOT propose une barque en ciment arm en 1848 et MONIER labore des caisses horticoles en ciment arm en 1849. Les premires applications du bton arm au btiment sont dues COIGNET (fers profils noys dans le bton en 1852) et HENNEBIQUE qui, partir de formules simples, ralise les projets les plus divers : - premire dalle en bton arm de fer ronds (1880),

- poutre avec triers (1892), - pont route de Chtellerault (1898), - premier immeuble en bton arm, rue Danton Paris (1900)

Le premier cours de bton arm est donn lEcole Nationale des Ponts et Chausses en 1898 et le premier rglement franais de calcul des ouvrages en bton arm parat en 1906. Le BAEL91 (Bton Arm aux Etats Limites) est le dernier rglement en vigueur avant la parution de lEurocode 2. 2/ CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX 2.1/ Caractristiques mcaniques du bton. Selon le dosage de ses constituants et la qualit de sa mise en uvre, le bton est caractris par sa rsistance la compression 28 jours f c28 (ge du durcissement complet dun bton) par essais rglementaires NF P 18 406. 2.2/ Caractristiques mcaniques des aciers pour bton arm Les spcifications concernant les aciers pour bton arm sont dtailles dans les normes NF A 35 015 (barres lisses), NF A 35 016 (aciers haute adhrence) et NF A 35 022 (treillis souds). Les aciers bton sont dsigns par :

- leur limite lastique e en [Mpa], - leur nuance, doux ou dur, - leur tat de surface (lisse ou haute adhrence), - leur diamtre.

Contrainte de traction 28 jours

ft 28 3 MPa

Contrainte de compression 28 jours

fc 28 30 MPa

Dformation

Contrainte [MPa}

f c28 10xf t28

Caractristiques mcaniques du bton


NUANCE

Acier doux Lisse

Acier dur Haute Adhrence

HA

Treillis soud Fils lisses

Treillis soud Haute adhrence

>6mm


3/1 Ancrage des armatures Ladhrence acier-bton est obtenue en partie courante par ltat de surface des armatures (HA). Aux extrmits ladhrence est obtenue par une surlongueur appele longueur de scellement Ls. En pratique cette surlongueur nest pas toujours ralisable. Lancrage des armatures peut alors tre courbe (fig 4). Longueur de scellement droit - Ls Le BAEL91 (art A 6 1 1221) fixe la longueur de scellement droit en fonction de la rsistance la compression du bton, de la nuance et du diamtre de larmature. On retient les valeurs forfaitaires suivantes : Ancrages courbes Les courbures normalises retenues rglementairement sont les suivantes (fig 5) : E.N Equerre Normalise, C.N Crochet Normalis, R.N Retour Normalis,

Recouvrement des armatures - Lr Pour transmettre correctement les efforts, les barres ne peuvent tre positionnes bout bout. Cest le cas au niveau des reprises de btonnage ou des lments de dimension suprieure celle des barres. La liaison des armatures est effectue par recouvrement (fig 6).

Acier lisses FeE235 Ls = 50 barre Acier HA FeE500 Ls = 40 barre

Fig 5

Ls longueur de scellement droit Larmature peut tre prolonge sur la trave de gauche.

Larmature ne peut tre prolonge au del du poteau. Lancrage est dit courbe.

Poteau BA

Poteau BA

Poutre BA

Fig 4

Ls


4/ PROTECTION DES ARMATURES La corrosion des armatures est un phnomne doxydo-rduction qui une fois dclench conduit la ruine des structures. Le bton est un matriau basique qui offre une protection naturelle des armatures, dans la mesure o celles-ci sont convenablement enrobes de bton. Lenrobage des armatures est contrl par la mise en uvre de cales dcartement (fig 7). Enrobage des armatures - 5 cm : ouvrages en environnement trs corrosif (bord de me, fondations) - 3 cm : ouvrages en environnement extrieur - 1cm : ouvrages intrieurs non exposs aux condensations

Armature en attente

Armatures de la semelle

Armature du poteau

Lr longueur de recouvrement

Fig 6

Lr longueur de recouvrement

Fig 6

Lr = 0.6 Ls

Enrobage

Enrobage Cales dcartement plastique

Cale denrobage

Fig 7


5/ CONDITIONS DE FACONNAGE DES ARMATURES La conception du ferraillage dun lment en bton arm doit tenir compte dimpratifs techniques lis aux conditions de faonnage et de positionnement des armatures dans le coffrage. Le risque principal lors du faonnage est la plastification excessive des armatures et leur rupture ventuelle, une fois les charges appliques llment en bton arm (fig 8). On retient comme valeurs simples, les rayons de cintrage minimum des mandrins pour le faonnage des armatures :

Fissuration de larmature dans la zone tendue de la courbure.

A

A

B

B

A

A

B

B

Rint = 30 mm

Rext = 70 mm

Rext = 40 mm

AB = xRext et AB = = xRint Le taux dallongement de la zone tendue

est Rext-RintRext+Rint en %

Pour une armature HA de 10 mm et un mandrin de 60 mm Le taux dallongement de la zone tendue est 8%, lacier est plastifi mais sans fissures. Pour une armature HA de 10 mm et un mandrin de 30 mm Le taux dallongement de la zone tendue est 14% ce qui est suprieur lallongement rupture dun acier FeE 500 (12%), lacier est fissur.

B

A

Fig 8

Rint =60 mm

Acier lisses FeE235 Rmandrin 3 barre Acier HA FeE500 Rmandrin = 5.5 barre

Quelque soit la forme faonner, les longueurs droites des lments doivent tre au moins gales (fig 9) :

5 barre

Fig 9

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