BÉTON ARMÉ CONCEPTION

<= Notes sur les pratiques techniques

Définition: matériau composite, mélange d’acier et de béton qui doivent être intimement liés dans ce matériau

Un bon remplissage peut s’effectuer grâce à:

Les différents éléments en béton armé sont liaisonnés entre eux de façon à avoir un ensemble monolithique parfaitement cohérent

Béton: caractérisé mécaniquement principalement par la résistance à la compression à 28 jours, fc28,qui varie de 20 à 60Mpa. Pour obtenir de bonnes valeurs on doit avoir l’outillage, le contrôle régulier, un choix de matériaux et une composition adaptée.

Fluage du béton: déformation différée dans le temps sous contrainte constante. Il dépend:

  • Dosage en ciment et en eau (rapport E/C)
  • Importance de la contrainte et âge du béton au moment où celle-ci est appliquée

Retrait hydraulique: à l’air, le béton présente un phénomène de retrait à la prise et au durcissement, ci. 0.2 à 0.4mm/m, en fonction de nombreux facteurs. La valeur maximale de ce retrait n’est acquise qu’au bout d’un certain temps (quelques mois à plusieurs années).

 

On limite le retrait en:

  • Veillant au dosage en ciment donc en eau (E/C)
  • Veillant au rapport de la surface de la pièce en contact avec l’air à son volume
  • Cure éventuelle du béton pour éviter sa dessiccation

On réduit les désordres imputables au retrait en:

  • Incorporant des armatures de fissurations, qui fractionnent une éventuelle fissure importante, donc préjudiciable, en une multitude de micro-fissures sans effets notables
  • Mettant en place des armatures spécifiques de retrait dans les pièces particulièrement exposées (DTU20.11 et 20.12)
Nota : les armatures de chaînages s’opposent partiellement au retrait et répartissent ses effets sur les ouvrages dont ils sont solidaires.
Aciers: utilisés sous forme de barres cylindriques de Φ normalisé, lisses ou à hautes adhérences, parfois sous forme de treillis:

Désignation:

Flèches admises pour les éléments en Béton armé:

Prédimensionnement des poutres en béton armé: l/15≤Ht≤l/10 ; de plus la largeur b de la poutre rectangulaire est généralement supérieure à la moitié de sa hauteur.
Conception des pièces en béton armé:

 

Pour éviter l’attaque des armatures l’enrobage doit être supérieur à (A.7.1):

De plus lors de la réalisation on doit se prémunir contre:

Pièces tendues: le béton reprend une partie de l’effort jusqu’à sa fissuration, au delà de laquelle seuls les aciers reprennent les efforts de traction. La fissuration du béton étant assez rapide, on ne prend jamais en compte la résistance du béton tendu dans les calculs (A4.3.2)

Pièces comprimées: sous l’effet de la compression le béton se raccourcit et ce raccourcissement se transmet par adhérence aux armatures  longitudinales qui se compriment elles aussi. En se raccourcissant le béton a tendance à se gonfler et ce gonflement est réprimé par les armatures transversales qui sont ainsi mises en tension

Pièces fléchies: dans la compression l’acier n’a qu’un rôle de montage. Dans la partie tendue on a des aciers de traction, dimensionnés en conséquence. Les armatures d’âmes (cadres, épingles, étriers) doivent résister à l’effort tranchant.

   

Scellement droit : afin d’assurer l’adhérence barres/béton une longueur minimale de scellement droit ls est imposé (A.6.1,221) :

 

dans laquelle:

Acier et béton adhérent sur appui:

Barres accolées en cas de barres trop courtes:

Scellement courbe: il permet d’obtenir une meilleure adhérence et donc de raccourcir les scellements. Vu son importance on a définit un crochet normal (A6.1,253 :

pour un crochet normal on peut admettre que l’ancrage est assuré lorsque la longueur de la partie ancrée mesurée hors crochet est :

≥0.6ls s’il s’agit d’une barre lisse

≥0.4ls s’il s’agit d’une barre haute adhérence

Un rayon minimal de courbure est imposé afin d’éviter le risque d’écrasement du béton. Une exception à ce principe sont les éléments qui ne reprennent que l’effort tranchant :

Ferraillage des ouvrages: on doit particulièrement soigner la confection et la mise en place de cet élément fondamental; les dessins d’exécutions doivent prévoir les dispositions suivantes:

  • Cg désignant la grosseur du plus gros granulat utilisé, la distance libre doit être:
  • au moins égale à Cg dans la direction verticale
  • au moins égale à 1.5Cg dans la direction horizontale
e.g.: paquets de largeur a et de hauteur b<=2a

Nota 1: le calcul des distances libres s’effectue sur les sections nominales et non sur les sections d’encombrements (comme si les barres hautes adhérences étaient lisses)

 

Nota 2: on a toujours intérêt à adopter des valeurs supérieures au serrage nominal, particulièrement si les armatures ne sont pas aisément accessibles au bétonnage.

Grilles: armatures orthogonales dans deux plans très voisins ; elles doivent être assez large pour ne pas affecter l’homogénéité du béton frais lors de sa mise en place

Mailles: dans le cas des poutres les règles ci-dessus sont valables si l’espacement des cours successifs d’armatures transversales est au moins égal à deux fois la distance libre entre armatures longitudinales. S’il n’en est pas ainsi le rayon moyen rg des mailles de la grille doit satisfaire les inégalités suivantes:


avec rayon moyen: 

Entassement d’armatures: on doit éviter les entassements d’armatures; lorsqu’on ne peut les éviter on doit employer un béton à granulats moins gros

Béton vibré par aiguilles dans la masse:

  • ménager des intervalles suffisamment larges pour livrer passage à ces aiguilles
  • la distance entre ces aiguilles doit assurer la vibration totale du béton
Pour les pièces de grandes dimensions les espacements entre les armatures doivent permettre aux ouvriers de pénétrer à l’intérieur des moules et d’atteindre tous les endroits où le béton doit être mis en place

Poussée au vide: celles-ci sont présentes lorsque des armatures de par leurs positions sont sollicitées vers les parements => on doit les retenir par des attaches ancrées dans la masse du béton:

Solidarisation du ferraillage: elle est obtenue par 

  • ligature de fer recuit de 1mm de Φ environ
  • soudage, de plus en plus employé: fixation solide, pas d’amoindrissement de la résistance des aciers de bases
on a de plus en plus recours à la préfabrication des ferraillages en usines ou en ateliers.

Armatures de constructions: on doit les mettre en place pour que les ferraillages soient correctement réalisés et remplissent correctement leur rôle.

  • Armatures de peau (A.8.3): elles s’opposent aux fissures de retrait ; il s’agit d’armatures longitudinales intermédiaires sur chaque face, mises en place dés que la hauteur de l’élément dépasse 0.5m
  • Armatures d’efforts tranchant : armatures de construction de petit Φ mises en place dans les zones comprimées des poutres
  •  Epingles : elles lient deux aciers longitudinaux supérieurs ou inférieurs ou latéraux.

Pour limiter les fissurations (A4.5,323):

  • N’utiliser les gros Φ que pour des pièces suffisamment épaisses
  •  Eviter les très petits Φ pour des pièces exposées aux intempéries
  • Prévoir le plus grand nombre de barres compatibles avec la mise en place correcte du béton
Par exemple les dispositions 1 et 2 ci-dessous sont nettement plus défavorables que les dispositions 3 et 4 qui assurent une meilleur répartition des fissures:

Reprises de bétonnage: utilisées lorsqu’on a affaire à des ouvrages dont le coulage ne peut se faire en une seule fois

  • Orienter les surfaces de reprises de telle sorte qu’elles soient de préférence soumises à des efforts de compression
  • Si la surface de reprise doit reprendre des efforts de cisaillements ou de traction, on doit ménager dans la surface des redans convenablement disposés, afin d’assurer une bonne transmission des efforts
  • On doit parfois prévoir des armatures de coutures, ancrées dans les zones susceptibles de résister à leur mise en traction

Insertions d’isolants: il s’agit souvent de polystyrène expansé, de masse volumique 25kg/m^3, et d’épaisseur 3 à 8cm.