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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: