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Association Béton-Acier: Le Béton Armé
Karim Miled
Maître Assistant, ENIT
Séminaire sur le thème: « Le Béton Armé: Armatures et Béton »
Le 25 novembre 2008
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Béton
Éprouvette 16 cm x 32 cm
Résistance caractéristique fc28
MPafMPa c 20020 28 ≤≤
Bonne résistance à la compression
3LD
Pft π
2=
)(06.06.0 2828 MPaff ct +=
Règles BAEL 91
Béton
• Rupture fragile en traction
• Très faible résistance
à la Traction
=> ft28
est égale à environ (fc28
/10)
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Définition
– Association entre béton et armatures
en acier ayant une très bonne résistance àla traction et une bonne ductilité
Principe
– Béton reprend les efforts de compression
– Acier reprend les efforts de traction
Béton Armé
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• Coefficient de dilatation thermique proches
– Béton ≈ 7 à 12 x10-6 / °C
– Acier ≈ 11 x10-6 / °C
• Adhésion parfaite entre les 2 matériaux:
– Adhésion chimique
– Rugosité des armatures
– Présence des nervures sur les armatures
• Corrosion des armatures empêchée par la
présence du béton qui est un milieu basique
Compatibilité entre béton et acier
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J. Lambot (1847): brevet de la barque imputrescible,
grand succès à l’exposition universelle de 1855
Aperçu Historique
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J. Monier (1867) dépose le brevet de la caisse
horticole réalisé en mortier de ciment armé
Caisses horticoles
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Premier Pont de Chazelet construit par Monier en B.A. (France, 1875)
J. Monier (1875) propose un système de construction
de bâtiments, de ponts et de réservoirs en B.A.
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A.de Baudot (1889) a inventé le Système
« Conttancin » en B.A.
Eglise Saint Jean de Montmartre en B.A. (France, 1889)
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Hennebique (1896): placement des fers selon la
direction des contraintes (fers longitudinaux et étriers)
⇒ Plus de 20 000 ouvrages en B.A. sur plusieurs
continents entre 1892 et 1909
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CITIC PLAZA en B.A. 391m
(CHINE)
Aujourd'hui, le B.A. est le matériau de construction le plus consommé dans le monde (environ 1m3/an par
habitant)
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• Bonnes résistances à la compression, à la
traction, contre l’incendie et à l’agression
d’eau
• Bonne rigidité
• Prix bon marché (surtout par rapport à l’acier)
• Entretien minimal et longue durée de vie
• Facilité de mise en œuvre: plusieurs formes
(arcs, coques etc.)
• Seul matériaux disponible pour la plupart des
fondations
Avantages du B.A.
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• Retrait empêché du béton => Fissuration
• Fluage du béton => Déformations différées
• Matériau polluant (1 tonne CO2/ 1 tonne de
ciment) => Bétons verts
• Variabilité dans ses propriétés mécaniques
selon la formulation et la mise en œuvre
• Nécessité du coffrage => préfabrication
Inconvénients du B.A.
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• Module instantané de
déformation longitudinale
Propriétés mécaniques du Béton: Déformabilité
εσ∆∆
=E
Règles BAEL 91
)(110003 MPafE cjij =
3
ij
vj
EE =
• Module différé de déformation
longitudinale:
)4030( 28 GPaEGPa i ≤≤
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Propriétés mécaniques de l’Acier•Comportement élastoplastique
0
0
l
ll −=ε
A
P=σContrainte
Limite d’élasticité fe
∆ε
∆σ
Déformation
E = 210 GPa
Résistance à la traction fr
Déformation à la rupture εεεεr
εσ∆∆
=E
Module d’élasticité E
Essai de traction
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• Barres à haute adhérence (HA): aciers durs laminés à chaud
– FeE400 fe = 400 MPa et εr ≅14%
– FeE500 fe = 500 MPa et εr ≅ 12%
• Ronds Lisses (ΦΦΦΦ): aciers doux sans traitement
thermique
– FeE215 fe = 215 MPa
– FeE235 fe = 235 MPa
Très grande déformation à la rupture: εr ≅ 22%
Propriétés mécaniques des Aciers du B.A.
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Caractéristiques géométriques des Aciers du B.A.
0.16
0.2
5
9.8646.3133.8542.4661.5791.2080.8880.6160.3950.222Poids
(kg/m)
12.578.044.913.142.011.541.130.790.500.28Section
(cm2)
403225201614121086Diamètre
(mm)
Fils HA: Treillis soudés, armatures pour prédallespréfabriquées, etc.Forme
Barres lisses ou HA: 6 ≤≤≤≤ longueur ≤≤≤≤ 12m
Treillis soudés en acier HA: voiles, dalles, etc.
Diamètres normalisés des barres
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• C.C.B.A. 68 (méthode aux contraintes admissibles)
• Béton Armé aux Etats Limites B.A.E.L. 83–91-99
• EUROCODES 1 et 2
• ACI
Règlements de calcul B.A
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Calculs et vérifications selon la méthode des états limites « B.A.E.L »
État-limite: état pour lequel une condition
requise est strictement satisfaite et cesserait
de l’être en cas de modification défavorable
d’une action.
2 types d’états limites à vérifier
États limites Ultimes(ELU)
États limites de service(ELS)
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1) Diagramme de déformation linéaire de la
section en B.A.
2) Adhérence parfaite entre l’acier et le
béton=> l’acier et le béton adjacent ont la
même déformation
3) Béton tendu négligé dans le calcul de la
résistance d’une section en béton armé
Hypothèses générales de calcul B.A. vis àvis des Etats Limites selon les règles
BAEL
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• Adhérence acier-béton: Résistance au glissement ou à
l’arrachement des armatures dans le béton
• L’adhérence augmente avec la rugosité des barres et
diminue si celles-ci sont lisses et la résistance à la
traction du béton.
• Ancrage total=> Adhérence parfaite entre l’armature et le
béton (pas de glissement relatif entre l’acier et le béton).
Adhérence parfaite acier-béton
τs FΦl
lZone d’ancrage
effort de traction dans la barre
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• Ancrage rectiligne
Longueur de scellement ls: longueur d’une barre droite
nécessaire pour assurer un ancrage total =>su4τel
s
fl
Φ=
Barres lisses Barres HA
• Ancrage courbe
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Dimensionnement à l’ELUR : Règle de Trois Pivots
hd
A
A’d’
2‰
3,5‰
10‰A
B
0
C
3/7h
0
1 2
3
0,259d 3
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Diagramme Contraintes- Déformations de calcul de l’acier à l’ELUR
Es = 200 GPa εεεε
σσσσ
s
ef
γ
εεεεs=10‰
-10‰
=cas autres lespour 1,15
lesaccidentel nscombinaiso lespour 1sγ
fsu=
435500
348 400
fsu(MPa)f
e(MPa)
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Diagramme Contraintes-Déformations de calcul du béton à l’ELUR
=lesaccidentel nscombinaiso 1,15
5,1 généralenbγ
<
≤<
>
=
heure 1 t:0,85
heures 24 t heure 1 :0,90
heures 24t:00,1
θ
σσσσ
εεεε
b
28cbu
f850f
γθ= ,
3,5‰2‰
Diagramme parabole rectangle
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• ELS de déformabilité (limitation des déformations)
• ELS de compression du béton: σbc ≤ 0,6 fcj• ELS d’ouverture de fissures:
ss σ≤σ
Dimensionnement à l’ELS
es f=σ- Fissuration peu préjudiciable:
>
<φ=η
6mm HA filset HA barrespour 1,6
6mmHA filspour 1,3
lisse rondspour 1,0
Coefficient de fissuration
η=σ
(MPa)f90
f2
1
Min
tj
e
s- Fissuration très préjudiciable:
η=σ
(MPa)f110
f3
2
Min
tj
e
s- Fissuration préjudiciable: