structure - chapitre1 béton armé

STRUCTURE I Chapitre I ( Béton Armé) Meguenni K.

MATERIAUX MIXTES« Béton Armé»

I. 1 DEFINITIONS

Le béton est un matériau de construction solide 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 enrobés dans une pâte d’eau de ciment qui s’est solidifiée selon une réaction d’hydratation précise.

I. 2 LES COMPOSANTS DU BETON La composition du béton a pour but de déterminer les proportions de ses divers

constituants.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 l’indication de sa catégorie (Portland, alumineux,…) et de sa classe de résistance (250, 325, 400,…) qui est la résistance à la compression simple mesurée à 28 jours d’âge sur des éprouvettes en mortier normalisées.

I. 2. 2 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 broyage des roches dures, exemple: granit, quartzite, ).

I. 2. 3 Granulats

Les granulats (ou agrégats), sont des matériaux inertes (sables, gravillons, cailloux) 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.

I. 2. 4 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 liant

- le mouillage des granulats - la facilité de mise en place du béton.

(2008/2009)_________________________________________________________________________ 1


L’eau de gâchage doit être propre ; on utilise de préférence l’eau de robinet, l’eau de puit ou l’eau de pluie.

I. 2. 5 Adjuvants En poudre ou en liquide, ils sont incorporés au début, en cours ou en fin de malaxage

d'un bétonpour modifier les propriétés du mélange à l'état frais ou durci. Ils sont ajoutés en faible quantité à un dosage égal ou inférieur à 5 % du poids du ciment.

I. 2. 6 Résistance du béton

Pour l’établissement des projets, dans les cas courants, un béton est défini par la valeur de sa résistance à la compression à l’age de 28 jours dite valeur caractéristique requise, notée ƒc28 .

a/ Résistance caractéristiques en compression « ƒ cj »

Cette résistance (ƒcj en Mpa) est obtenue par un grand nombre d’essais de compression jusqu’à rupture sur une éprouvette de béton normalisée 16x32 cm2 ( environ 200 cm2) cylindrique á 3, 7 ou 28 jours.

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 par :

- Essai direct ( essai difficile ) - Essai indirect ( essai brésilien et essai á la flexion)

- La résistance caractéristique á la traction est conventionnellement définie par la relation empirique ( en Mpa) suivante ( selon le B.A.E.L) :

Cette formule étant valable pour les valeurs de ƒcj 60 Mpa

I. 2. 7 Caractéristiques physiques et mécaniques du béton

a / Masse volumique

- La masse volumique « ρ »des bétons courants est compris entre 2200 et 2400 kg/m3

(le poids volumique « γ » 22 et 24 kN/m3 ) .

b/ Coefficient d’élasticité

(2008/2009)_________________________________________________________________________ 2

ƒtj= 0.6 + 0.06 ƒcj


- 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 )

c/ Retrait

Au cours de sa vie, le béton subit une variation de volume. Le retrait varie en fonction :

- de l’état hygrométrique du milieu ambiant- du dosage de ciment - de la qualité d’eau de gâchage

e/ Fluage ( retrait sous charge )

L’expérience a montre que, lorsque le béton est conservé en étant soumis á une compression, le retrait sera plus important : c’est le fluage .

Le retrait sous charge dépend de la charge appliquée.

I. 3 Aciers 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 grande longueur (longueur commerciale = 12m ) et différents diamètres (5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 32, 40).

I. 3. 1 Diagramme contraintes- déformationsLe diagramme contraintes (s) – déformations (s) est conventionnellement défini ci-

dessous :

(2008/2009)_________________________________________________________________________ 3

Eij = 11000 (ƒcj)1/3

fe/Es

-fe/Es

-10 ‰ 10

‰

-e

e

Es

s

s


I. 3. 2 Aciers utilisés en B.A

Les aciers utilisés pour constituer les armatures de B.A sont : - Les ronds lisses (aciers doux) - Les armatures à haute adhérence

- Les treillis soudés

I. 4 LES AVANTAGES ET INCONVENIENTS DU BETON 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- économies dues à l’emploi d’une main-d’œuvre non spécialisée pour plusieurs etapes

de sa mise en œuvre ;- 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.

I. 5 ADHERENCE – ANCRAGE - ENROBAGE

I. 5. 1 ADHERENCE

La transmission des efforts entre le béton et les aciers d’armature s’effectue grâce au phénomène d’adhérence . Chaque unité de surface située sur le périmètre de la pièce permet le passage d’une certaine quantité d’effort.

Les liaisons entre le béton et les armatures, sont mesurées par la contrainte.

a / Contraint d’adhérence

Pour que la barre, scellée à un effort de traction F, ne soit pas arrachée, il faut que :

U : périmètre de la barre

Sur la longueur d’un ancrage, la contrainte d’adhérence est supposée constante, égale à sa valeur limite.

Avec :

(2008/2009)_________________________________________________________________________ 4

φ

l

F

F = U.l.τs

τs = 0.6ψs ƒtj

ψs = 1 : Ronds lisses ψs = 1.5 : aciers à haute adhérence


- ψs : coefficient de scellement

- ƒtj : résistance caractéristique à la traction à «j» jours. I. 5. 2 ANCRAGE

Une barre est considérée comme « ancrée » lorsque la surface de contact entre le béton et la pièce d’armature est suffisamment importante pour que les efforts qui transiterait par cette surface ( en cas de sollicitation à la limite de l’adhérence ) soient au moins égaux à la résistance de cette pièce.

Les ancrages peuvent être rectilignes ou par courbure.

a / Ancrage rectiligne

a – 1/ Longueur de scellement droit Une barre rectiligne de diamètre «φ» et de limite élastique

« ƒe », placée dans du béton de résistance « ƒtj »est ancrée sur une longueur «ls» appelée longueur de scellement droit, qui correspond à la longueur d’acier adhérent au béton nécessaire pour que l’effort de traction ou de compression demandé à la barre puisse être mobilisé, cette longueur de scellement vaut :

a – 2/ Jonction des ancrages rectilignes

La continuité mécanique de deux (02) barres, peut être réalisée soit pas soudure, soit par recouvrement.

Soudure par des Soudure bout à bout manchons

Soudure par Recouvrement

Pour le recouvrement

a) Armateurs tendues

Si d < 5 φ 1r = 1sSi d ≥ 5 φ 1r = 1s + d

(2008/2009)_________________________________________________________________________ 5

φ

ls

F

d φ

lr

φ


b) Armateurs comprimées

b / Ancrage par courbure

Type d’ancrage d’extrémité

On utilise le plus couramment :

Les « retours d’équerres » Les « crochets normaux » Les « ancrages à 450

I. 5. 3 ENROBAGE

L’enrobage des armatures « c » est la distance de l’axe d’une armature au parement le plus voisin, diminué du diamètre nominal de l’armature.

L’enrobage de toute armature est au moins égale à : - 4 à 5 cm pour des ouvrages à la mer ou exposés aux embruns ou aux brouillards salins, ou exposés à des atmosphères très agressives ; - 3 cm pour les parements non coffrés susceptibles d’être soumis à des actions agressives ; - 2 cm pour les parements exposés aux intempéries ou aux condensations, ou au contact d’un liquide ; - 1 cm pour les parois situées dans les locaux couverts et clos et non exposés à des condensations.

La distance libre entre deux armatures voisines doit être au moins égale à :

(2008/2009)_________________________________________________________________________ 6

1r = 0.61s

c

φ

r

bφ eH

ev


CONDITIONS D’ANCRAGE

Longueurs des cadres, étriers et épingles

a et b : Dimension hors tout

L : longueur développé

D : diamètre du mandrin de cintrage

Longueurs du retour droit :

Les « retours d’équerres » Les « ancrages à 450 » Les « crochets normaux »

(2008/2009)_________________________________________________________________________ 7

Cadre

a

b

Etrier

a

Epingle

D

15

D

10

D 5

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