Pour une poutre isostatique de hauteur constante etdont la ligne moyenne est rectiligne, un câble decourbure constante exerce des efforts verticaux

uniformément répartis le long de la poutre p = qui

s’opposent aux charges supportées par la poutre età son poids propre. L’équilibre se traduit par la relation :

Σ = 2F × sin α

En fait, l’assimilation de l’action de la précontrainte àune charge répartie est rarement utilisée dans lescalculs, du fait de la complexité à laquelle conduitcette analyse. On préfère considérer la précontrain-te comme un effort extérieur sollicitant la section del’élément considéré en flexion composée, et seréduisant aux efforts ramenés au centre de gravité :effort normal, effort tranchant, moment de flexion.En présence de forces extérieures développant desefforts tranchants, l’effort tranchant résultant est lasomme algébrique de ces efforts et de ceux engen-drés par la précontrainte. Dans une section quel-conque d’un élément où l’effet de la précontrainte F x sin α ( s’oppose à celui des forces extérieures V,l’effort tranchant réduit Vr, est égal à :

Vr = V – F x sin αDans la pratique, la tension d’un câble de précon-trainte est calculée pour appliquer au béton un efforttranchant permettant de compenser les forces exté-rieures et le poids propre de l’élément, ce quiempêche généralement l’apparition des fissuresd’effort tranchant que l’on observe dans certainesconditions en béton armé (inclinées à 45° sur l’axed’une poutre exagérément sollicitée, par exemple).

Principes de calcul du béton précontraint

De même que pour le béton armé, les règlements decalcul du béton précontraint sont conçus de façon àgarantir la sécurité et la pérennité des structures.D’une part, ils précisent le niveau maximal desactions (voir le paragraphe « Actions etsollicitations ») pouvant s’exercer sur un ouvragependant sa durée de vie ; d’autre part, ils tentent deprémunir le concepteur contre les insuffisances dequalité des matériaux.Le premier objectif est atteint par la prescription devaleurs caractéristiques ou nominales des actionset, éventuellement, par l’imposition des coefficientsde sécurité majorateurs frappant les sollicitationsrésultant de ces actions. La probabilité d’occurrencesimultanée d’actions indépendantes peut être trèsvariable selon leur nature. Il est donc nécessaire dedéfinir les combinaisons d’actions dans lesquelles, àla valeur caractéristique d’une action dite de base,s’ajoutent des valeurs caractéristiques minoréesd’autres actions dites d’accompagnement.Le second est obtenu par l’application de coeffi-cients de sécurité minorateurs aux valeurs des résis-tances caractéristiques des matériaux utilisés. Lesvaleurs de ces coefficients diffèrent selon les prin-cipes de calcul adoptés.La méthode de calcul « aux états-limites » se fondesur une approche semi-probabiliste de la sécurité.Ce type de calcul permet de dimensionner unestructure de manière à offrir une probabilité accep-table de ne pas atteindre un « état-limite », qui larendrait impropre à sa destination. Cette définitionconduit à considérer plusieurs familles d’états-limites, telles que les états-limites de service, lesétats-limites de fissuration, de déformation, les états-limites ultimes de résistance, de renversement, deflambement, les états-limites de fatigue ou les états-limites de tenue au feu.Les règles BPEL 91 (Béton Précontraint aux États-Limites) sont fondées, comme leur nom l’indique, surces notions.

Fr(x)

Fr

178

Actions et sollicitations

■ Les actions

Elles sont constituées par les forces et les couplesrésultant des charges appliquées ou des déforma-tions imposées à une construction, ainsi que cellesrésultant de la précontrainte.On distingue :• Les actions permanentes dues au poids propre dela structure et au poids total des équipements fixes.Les poussées de terre ou la pression d’un liquide(pour les murs de soutènement, les réservoirs, etc.)sont également comptées comme actions perma-nentes.• Les actions de la précontrainte.• Les actions variables dues aux charges d’exploita-tion, aux charges climatiques, aux charges tempo-raires appliquées en cours d’exécution, aux déforma-tions provoquées par les variations de température.En fonction de la destination des locaux ou desouvrages et en l’absence de données résultant desconditions réelles d’exploitation, les charges rete-nues pour les calculs sont fixées forfaitairement pardes normes ou des règlements (par exemple, lanorme AFNOR NF P 06-001 pour les charges d’ex-ploitation des bâtiments).Les charges dues au vent ou à la neige sont fixéespar les règles Neige et NV selon le site, l’altitude,l’exposition, l’inclinaison de l’ouvrage.• Les actions accidentelles dues aux séismes, auxexplosions, à l’incendie sont prises en compte pardes règlements spécifiques (Règles PS pour lesséismes).

■ Les sollicitations

Les sollicitations sont les efforts (effort normal, efforttranchant) et les moments, appliqués aux élémentsde construction. Elles sont déterminées, à partir desactions considérées, par des méthodes de calculappropriées faisant généralement appel à la résis-tance des matériaux ou à des études de modélisa-tion.

■ Les combinaisons d’actions

Dans les calculs justificatifs de béton armé, on consi-dère des sollicitations dites de calcul qui sont déter-minées à partir de combinaisons d’actions dont onretient les plus défavorables.

Détermination des sollicitationsde calcul

Si l’on désigne par :Gmax : l’ensemble des actions permanentes défavo-rables ;Gmin : l’ensemble des actions permanentes favo-rables ;Q1k : une action variable dite de base ;Qik : les autres actions d’accompagnement ;Pm : la valeur probable d’action de la précontrainte.Pour les états-limites ultimes de résistance (ELU), lessollicitations de calcul résultent de la combinaisonsuivante :S{γpPm + 1,35 Gmax + Gmin + γQ1Q1k + Σ 1,3 ψ0iQik }

i > 1

Le coefficient γQ1 vaut généralement 1,5 ; dans lesbâtiments agricoles à faible densité d’occupationhumaine, entre autres, il vaut 1,35.Les valeurs des coefficients Ψ sont fixées par lestextes en vigueur (norme).γp est égal à 1 dans la plupart des cas ; il est pris égalà 1,35 lorsque la précontrainte est à considérercomme une action extérieure. Les combinaisonsaccidentelles ou celles définissant les sollicitationsde calcul vis-à-vis des états-limites de service sontprécisées par le BPEL 91.

Coefficients de sécurité partiels sur les matériaux

Les valeurs des résistances caractéristiques desmatériaux sont minorées par un coefficient de sécu-rité partiel (γm dont la valeur est fonction du degré decertitude avec lequel sont réputées connues cesrésistances. A l’ELU, on prend γm = 1,50 (sauf déro-gation sur justification) pour le béton et γm = 1,15pour l’acier.

179

180

Béton précontraint pour tous les ouvrages d’art

(viaducs, ponts) ou pour des bâtiments

circulaires, avec précontrainte annulaire.

Mise en œuvre de la précontrainte

La précontrainte peut être appliquée au béton soitpar pré-tension, soit par post-tension des armatures,selon que celles-ci sont mises en tension avant lecoulage du béton ou après son durcissement.

■ La post-tension

Principe

La précontrainte est réalisée par des armatures(généralement des câbles ou des torons) mises entension lorsque le béton a acquis une résistance suf-fisante lui permettant de supporter les efforts decompression auxquels il est alors soumis.Les armatures, qui doivent pouvoir coulisser libre-ment dans le béton, sont disposées dans desconduits et s’appuient sur les extrémités de la pièceà précontraindre par l’intermédiaire de systèmesd’ancrage.Une technique dite de précontrainte extérieure s’estdéveloppée depuis quelques années. Elle consiste àfaire passer les câbles de précontrainte à l’extérieurde la section de béton. Cette solution présente denombreux avantages, notamment l’allégement desstructures par réduction des sections, la facilité demise en œuvre et surtout les possibilités de rempla-cement des câbles endommagés ou de renforce-ment de structures soumises à des charges accrues.La mise en tension des câbles est effectuée à l’aidede vérins, généralement de façon échelonnée dansle temps (entre 2 et 28 jours) de manière à respec-ter l’évolution du durcissement du béton et l’applica-tion des charges.Le contrôle de la tension est effectué soit par mano-mètre, soit de manière plus précise par mesure del’allongement des câbles. Le calcul de l’allongementdu câble doit tenir compte des différentes causes depertes de tension, par frottement, par déformationsinstantanée ou différée du béton ou par rentrée desancrages. Les règles BPEL 91 fournissent les diffé-rents coefficients liés à ces pertes de tension.Après mise en tension des armatures, les conduitssont remplis avec des coulis de ciment qui doiventoccuper aussi parfaitement que possible les espa-ces entre câbles et conduits. La qualité de l’injectionest une opération très importante, qui conditionne la protection des armatures, donc leur durabilité.

Les armatures de précontrainte

Elles sont composées de torons ou de fils en acier àhaute limite élastique (HLE), plus rarement debarres.• Les torons comportent en général sept fils de petitdiamètre dont six sont disposés en hélice autourd’un fil central de diamètre légèrement plus grand.Les torons les plus courants ont un diamètre d’envi-ron 13 mm et 15 mm. Par abréviation, on les dénom-me torons T 13 et T 15. La réglementation définit lesrésistances garanties à la rupture des fils d’arma-tures d’une part – contrainte de rupture RG compri-se entre 1 400 et 1 800 MPa –, des torons d’autrepart, pour lesquels on considère l’effort de ruptureexprimé en kilonewtons (kN).L’effort garanti de rupture (FRG) d’un toron T 13, de93 mm2 de section nominale, varie, selon la classede l’acier, de 160 à 180 kN ; celui d’un toron T 15, de139 mm2 de section nominale, de 220 à 260 kN.

La limite d’élasticité des armatures a une valeurconventionnelle définie par la valeur de l’effortFTgpour les torons, et par celle de la contrainte Tgpour les fils, correspondant au point d’intersection dela loi de comportement de l’acier avec une droitepassant par le point (0,1 %, 0) et ayant une pente de200 000 MPa.La valeur de FTg est comprise entre 137 et 155 kNpour les T 13, et entre 196 et 225 kN pour les T 15.L’allongement à rupture est d’au moins 3 %.• Les câbles de précontrainte sont composés de plu-sieurs torons ou fils. Les câbles les plus courammentutilisés sont les 12 T 13, 12 T 15, 19 T 15 (compor-tant respectivement 12 et 19 torons). Lorsque degrandes puissances sont nécessaires, on utilise descâbles 37 T 15 (37 torons).Les conduits dans lesquels sont disposées les arma-tures sont soit métalliques (à profil ondulé enfeuillard d’épaisseur comprise entre 0,3 et 0,6 mmou en tube d’acier laminé soudé de 1,5 à 2 mmd’épaisseur, notamment pour des câbles extérieurs),soit en matière plastique (polychlorure de vinylePVC ou polyéthylène, de 5 à 6 mm d’épaisseur pourles gros diamètres). Afin de permettre un bon rem-plissage des conduits, leur section intérieure doitêtre 2 à 2,5 fois plus grande que la section des arma-tures qu’il contient.

181

182

Précontrainte pour des voiles de longue portée, des paraboloïdes,

des dalles de grande surface, des poutres et des caissons –

ou des tours de bureaux.

Les ancrages de précontrainte

Ils constituent un organe essentiel puisqu’ils permet-tent d’assurer le maintien de l’effort de précontraintedans les armatures après la mise en tension.Dans la plupart des systèmes de précontrainte, leblocage des armatures par rapport à l’ancrage estobtenu par frottement (clavetage dans une pièceconique).Les ciments utilisables dans le béton précontraintpar post-tension font l’objet de la norme NF P 15-318« Ciments à teneur en sulfures limitée pour bétonprécontraint ». La norme précise les spécificationsrelatives à ces ciments ; le critère de sélection estessentiellement une teneur en sulfures et en chlo-rures limitée.Les ciments retenus sont des CEM I, CEM II, CEMIII/A et B ou CEM V de classe au moins 32,5.

■ La pré-tension

Les fils ou les torons sont tendus avant le bétonna-ge. Le béton est ensuite mis en place au contact deces câbles « pré-tendus » auxquels il va se trouverlié. Lorsque le béton est suffisamment durci (résis-tance à la compression d’au moins 25 MPa), on libè-re la tension des câbles qui se transmet au béton paradhérence en engendrant, par réaction, sa mise encompression ; cette forme de précontrainte est dite« par fils adhérents ».Les armatures de précontrainte sont tendues en pre-nant appui sur des culées fixes (bancs de précon-trainte), spécialement construites à cet effet.Après coulage et durcissement du béton, les toronsou les fils sont libérés des culées.Les fils et les torons utilisés pour la précontrainte parpré-tension sont en acier à haute limite élastique. Ilsdoivent satisfaire (de même que les armatures pourla post-tension) aux prescriptions du titre II(Armatures en acier haute résistance pour construc-tion en béton précontraint) du fascicule 4 du Cahierdes Clauses Techniques Générales (CCTG).

Seuls sont autorisés les torons lisses ou crantés etles fils autres que les fils ronds et lisses. Pour les élé-ments préfabriqués les plus usuels en béton précon-traint par fils adhérents, qui sont les poutrelles pourplanchers, on utilise surtout des fils de diamètre 4 à7 mm ou des torons T 5,2 ou T 6,8. Pour les dalles,on utilise des torons de plus forte section : T 9,3 ouT 12,5.Les ciments utilisables pour la précontrainte par pré-tension font l’objet de la norme NF P 15-318, déjàcitée précédemment. Ce sont de préférence desCEM I.

■ La précontrainte par vérins

Les deux techniques précédentes utilisent destorons ou des fils d’acier à haute limite élastique. Ilest possible, lorsque l’on peut disposer de culéessuffisamment résistantes, d’effectuer directement lamise en compression d’une structure en béton aumoyen de vérins prenant appui sur ces culées.C’est encore Freyssinet qui, le premier, a mis enœuvre ce mode de précontrainte au moyen de vérinsplats, outils extrêmement puissants, d’un faible coût.Ce procédé, par la nécessité des culées qu’il impo-se, n’a que des applications limitées. Il a cependantété utilisé pour la construction de pistes d’aviation oude routes. Il a, en particulier, permis la réalisation dela chaussée du tunnel sous le Mont Blanc. La pré-contrainte par vérins plats est aussi utilisée dans lesbarrages.

183

Banc de précontrainte.

Les domaines d’emploi de la précontrainte

■ La post-tension

Les premières applications, qui se sont multipliéespar la suite, sont les ponts à moyenne et grande por-tée : le pont haubanné de Barrios de Luna atteintune portée de 440 mètres. Plus couramment, l’allé-gement des âmes béton et l’emploi de la précon-trainte extérieure permettent des portées variantentre 50 et 250 mètres.La précontrainte permet aussi la réalisation deréservoirs. Certains réservoirs à hydrocarbure attei-gnent 100 000 m3 ; des réservoirs d’eau et des silos,de volume plus modeste, font aussi largement appelà la précontrainte. Il faut encore citer les plates-formes off-shore et les enceintes de réacteursnucléaires, ainsi que l’emploi de la précontrainteextérieure dans la réparation de ponts ou de bar-rages.Dans le domaine du bâtiment, la précontrainte parpost-tension, bien que moins courante, est utiliséepour des poutres de grande portée ou pour desdalles de planchers de section relativement mincepar rapport à leur portée : parkings, bâtiments indus-triels ou commerciaux.

■ La pré-tension

Cette technique est essentiellement utilisée pour leséléments préfabriqués standardisés, où elle se justi-fie par la notion de séries.Le bâtiment constitue le domaine d’emploi le pluscourant pour ces éléments : poutres, poutrelles deplanchers, prédalles, dalles alvéolées de planchersou panneaux de bardage de grandes dimensions (10 à 15 m de longueur), pour bâtiments industriels,commerciaux ou agricoles.La pré-tension est également utilisée pour les pot-eaux de tous types (télégraphiques ou électriques,clôtures, etc.) ou les traverses de chemin de fer.

184

L’un des cas les plus courants d’utilisation des poutres précontraintes :les parkings.

Poutrelles standard précontraintes par pré-tension.

La fabrication en usine de produits en béton permetde rationaliser la production, d’apporter la qualitéd’une fabrication industrielle et de réaliser uneimportante économie de main-d’œuvre sur le chan-tier. La gamme des éléments élaborés en usine esttrès diverse, depuis l’élément standardisé comme lebloc jusqu’à l’élément de structure ou le panneau defaçade multifonctions.Ces produits présentent plusieurs avantages, dont ladisponibilité sur catalogue et leurs possibilités d’as-semblage.

Les éléments de structure

Cette famille est essentiellement constituée par lespoteaux et les poutres destinés aux bâtiments dusecteur tertiaire ou les bureaux, ainsi que par lesossatures industrielles.Par extension, on peut considérer comme apparte-nant à cette famille les éléments de ponts et lespoutres de génie civil.

■ Les procédés poteaux-poutres

L’ossature est constituée de poteaux et de poutresen béton armé ou précontraint, dans lesquels s’insè-rent des voiles et des façades pour lesquels un choixtotal est laissé au concepteur.Les planchers sont généralement constitués d’élé-ments allégés à nervures ou à caissons.

La liberté du choix de l’implantation des poteaux, dela portée des poutres, des décrochements defaçades séduit les concepteurs de bâtiments indus-triels, commerciaux ou scolaires.

Les éléments pour bâtiments industriels

La charpente en béton la plus utilisée pour les bâti-ments industriels est constituée de poteaux et depoutres. Les portées, qui peuvent atteindre 25 à35 mètres, sont obtenues avec des poutres en bétonprécontraint par fils adhérents, à section constanteou variable, selon les taux de charge et la portée.La charpente béton laisse une grande liberté pour lechoix de la couverture et des façades béton : pan-neaux en béton plein, sandwiches ; béton cellulaire,blocs béton, fibres-ciment. Les avantages de la char-pente béton sont la rapidité de montage, l'absenced'entretien, la résistance au feu, à la corrosion et auxagressions chimiques ou phytosanitaires. Laconception est facilitée par les possibilités variées detrames, de hauteurs et d'extensions possibles.

193

8.4 Les produits en bétonfabriqués en usine

Structure poteaux, poutres, dalle-plancher, panneaux de façade.

Une autre technique, employée pour les bâtimentsindustriels et agricoles, consiste en une structureconstituée de portiques ou de fermes en béton

précontraint qui permettent de créer des toitures enpente. Les portées entre poteaux peuvent atteindre10 à 35 mètres.

194

Les éléments de façade

Cette famille concerne essentiellement les pan-neaux destinés à l’enveloppe (panneaux de façades,panneaux décoratifs), ainsi que des systèmes deconstruction pouvant associer des voiles verticaux etdes planchers.Les grands panneaux des années 1960-1970 ont étésupplantés par les panneaux à voiles extérieurslibrement dilatables ou par les panneaux nervurés,qui répondent mieux aux exigences d’isolation ther-mique. Les modes de liaison évoluent vers desassemblages mécaniques ou soudés.La fonction esthétique peut être apportée par unparement en béton architectonique (sablé, lavé, poli)difficilement envisageable au niveau d’une réalisa-tion in situ.Les procédés de cette famille font l’objet d’avis tech-niques.La norme NF P 10-210 « DTU 22.1. Travaux de bâti-ment. Murs extérieurs en panneaux préfabriqués de

grandes dimensions du type plaque pleine ou nervu-rée en béton ordinaire. » (mémento pour la concep-tion des ouvrages) fournit les règles de mise enœuvre et les critères que doivent satisfaire ces élé-ments pour permettre aux murs d’assurer les fonc-tions essentielles : stabilité mécanique, étanchéité àl’air et à la pluie, isolation thermique et acoustique,aspect des parements.Parmi les principales familles, on peut citer :• les panneaux en plaque pleine ou nervurée à iso-lation rapportée (extérieure ou intérieure) ;• les panneaux sandwiches à voile extérieur libre-ment dilatable ;• les panneaux sandwiches liés par nervures ouplots ;• les panneaux sandwiches à voile intérieur mince ;• les panneaux en béton léger ou à corps creuxincorporés ;• les petites plaques, porteuses ou non.

Panneaux sandwiches à voile extérieur librement dilatable.L’isolation est incorporée.

Une autre variété de cette famille est constituée parles panneaux de type coque en fibres-ciment ou enbéton de fibres de verre utilisés en habillage décora-tif. Ces panneaux, légers et de formes variées, sonttrès utilisés en neuf ou en réhabilitation.Le parement constitue pour l’ensemble des pan-neaux de façade un élément important où le bétonpeut exprimer ses possibilités architecturales.La teinte et l’aspect, mis en valeur par les traite-ments de surface et le choix des granulats, offrent devastes possibilités au concepteur. La recherchedécorative et esthétique est parfois la seule fonctionde ce type de panneaux, dits architectoniques, quiconstituent, à l’heure actuelle, un secteur importantde la préfabrication de façades.Les traitements de surface variés (sablé, désactivé,acidé, poli…) sont beaucoup plus simples à réaliseren usine que sur chantier. Il faut enfin souligner quecertains types de panneaux peuvent être démontéspour réemploi.

Les éléments pour maçonnerie

■ Les blocs

Les blocs courants

Ces blocs, aux dimensions et aux caractéristiquesnormalisées, se sont imposés dans la constructiondes murs des maisons individuelles et le quart deceux des logements collectifs.Les raisons de ce développement sont l’assuranced’une qualité, tant au niveau des produits (conformi-té aux normes NF et aux normes européennes) qu’àla mise en œuvre dont les règles font l’objet de lanorme NF P 10-203 « DTU 20.12. Maçonnerie destoitures et d’étanchéité. Gros œuvre en maçonneriedes toitures destinées à recevoir un revêtement d’étanchéité. Référence commerciale des parties 1/2 ».Les principales caractéristiques de ces blocs sont :• leur type : blocs pleins ou blocs creux comportantdes alvéoles verticaux ;• des dimensions constantes pour la hauteur (20 ou25 cm) et la longueur (40 ou 50 cm), mais avec unelarge plage d’épaisseurs allant de 5 à 32,5 cm ;• des granulats courants ou légers (laitier, argileexpansée) ;• des classes de résistance garantie en compressiondéfinies par la contrainte de rupture du bloc rappor-tée à sa section brute :B40 – B60 – B80 (résistance en bars = 0,1 MPa)pour les blocs creux en béton lourd,B80 – B120 – B160 pour les blocs pleins en bétonlourd,L25 – L40 pour les blocs creux en béton léger,L45 – L70 pour les blocs pleins en béton léger.

Les blocs isolants

La recherche de l’isolation thermique a conduit àdévelopper deux familles de produits.• Les blocs constitués d’un béton à conductivité ther-mique plus faible que le béton usuel ; pour parvenirà ce résultat, on utilise soit des bétons de granulatslégers, soit des bétons cellulaires autoclavés.Ces blocs présentent l’avantage d’atteindre lesniveaux requis par la réglementation thermique pourdes épaisseurs de l’ordre de 30 cm, tout en présen-

tant une résistance mécanique suffisante pour leurconférer un caractère porteur.• Les blocs à isolation intégrée : le caractère isolantest apporté par un isolant rigide (polystyrène expan-sé, mousse de polyuréthane) qui relie deux blocsdont l’un assure la fonction porteuse.

Les blocs à bancher

Ils comportent un ou deux alvéoles verticaux degrandes dimensions, destinés à être emplis de bétonaprès le montage de la maçonnerie sur une hauteurcorrespondant à un étage.Le coffrage est, en quelque sorte, assuré par lesparois des blocs. Des armatures peuvent être dispo-sées dans les alvéoles pour augmenter la résistan-ce, permettant ainsi la réalisation de plusieursniveaux porteurs en murs extérieurs ou en refends.L’emploi d’un béton allégé ou d’un isolant permetd’assurer partiellement ou en totalité l’isolation ther-mique du mur.

Les blocs de parement

La qualité du parement de ces blocs permet deconserver la face extérieure apparente, sans utiliserde revêtement ou d’enduit.De nombreuses possibilités esthétiques existent :béton coloré, granulats apparents, cannelures.Ces blocs sont souvent porteurs et peuvent parfoisêtre organisés en blocs à bancher (cas fréquent auxUSA).La précision dimensionnelle du bloc a une très gran-de importance dans l’impression d’ensemble. Pardéfinition sans enduit extérieur, le bloc doit assurerl’étanchéité à l’eau et à l’air. Le montage doit êtretrès soigné car les joints laissés apparents assurentnon seulement l’esthétique, mais aussi l’étanchéité.Certains blocs, qui requièrent alors une grande pré-cision dimensionnelle, sont conçus pour être montéssans joint, uniquement par emboîtements méca-niques (montage dit « à sec »).

Les éléments pour planchers

■ Les poutrelles et les entrevous pour planchers

Les poutrelles sont des composants en béton arméou précontraint, de faible section, qui constituent lastructure du plancher.Entre les poutrelles, et s’appuyant sur elles, sont dis-posés des éléments intercalaires, les entrevous(encore appelés corps creux, hourdis ou voûtains)

195

qui remplissent une ou plusieurs fonctions : porteurs,isolants, éléments de coffrage pour la dalle de com-pression coulée en partie supérieure.Ce type de plancher est bien adapté à la maisonindividuelle, du fait du faible poids de ses compo-sants aisés à manipuler. Les poutrelles sont utili-sables pour des configurations variées et des por-tées moyennes de 6 mètres. Associées à des entre-vous isolants, elles permettent de réaliser des plan-chers isolants sur sous-sol, sur vide sanitaire ousous comble.

■ Les autres éléments pour planchers

Les éléments de planchers de grandes dimensionssous forme de dalles pleines, très répandus au débutde l’industrialisation du bâtiment, se sont trouvésrapidement concurrencés par les procédés faisantappel à un bétonnage sur le chantier (tables cof-frantes, banches et tables, ou coffrages tunnels), oupar des éléments moins encombrants (poutrelles ethourdis). A côté des dalles pleines et des dallessandwiches, deux procédés prévalent : les prédalleset les dalles alvéolées.

Les prédalles

Elles sont conçues pour servir de coffrage à la dallede béton coulée en œuvre par-dessus.Cette conception permet de ne transporter qu'unedalle d'épaisseur restreinte (de 5 à 12 cm).Les prédalles sont livrées en 2,40 ou 2,50 m delargeur, dans des longueurs pouvant atteindre 8 à 10mètres. Elles sont soit en béton armé avec ou sansraidisseurs, soit en béton précontraint.Les prescrip-tions de fabrication et de mise en œuvre des diffé-rents types de prédalles font l'objet du cahier desprescriptions techniques : CPT Planchers –Titre II« Dalles pleines confectionnées à partir de prédallespréfabriquées et de béton coulé en œuvre ».Les prédalles trouvent un vaste domaine d'utilisationdans les bâtiments résidentiels, non résidentiels etparkings.

Les dalles alvéolées

Bien que connues depuis plus de vingt-cinq ans, lesdalles alvéolées ne se développent en France quedepuis peu de temps.Les principaux avantages de ce procédé sont la rapi-dité de mise en œuvre (suppression d’étaiement), lapossibilité d’utilisation immédiate du plancher et legain de poids (la dalle de 32 cm d’épaisseur pèse360 à 400 kg/m2 selon les modèles et permet uneportée de 15 à 17 mètres).Les dalles en béton précontraint par fils adhérentsprésentent des alvéoles longitudinaux de nombre etde section déterminés par le choix de la filière d’ex-trusion. Les dalles actuellement fabriquées ont unelargeur de 1,20 m, une épaisseur de 16 à 40 cm, etune longueur pouvant atteindre 15 mètres.Les dalles alvéolées sont utilisables pour tous typesde bâtiments, et plus spécialement pour la réalisa-tion de planchers de longues portées, permettantd’obtenir des plateaux libres de grande surface : bâti-ments industriels, locaux scolaires, bureaux, locauxcommerciaux, parkings, bâtiments sportifs. Lesdalles alvéolées sont également très utilisées pourles planchers dont l’étaiement est difficilement réali-sable.

Les éléments de couverture

■ Couvertures réaliséesavec des composants en béton

Les couvertures peuvent être réalisées à partir decomposants autoporteurs en béton armé ou précon-traint dont les performances mécaniques permettentde s'affranchir du réseau de pannes. Ces compo-sants peuvent être soit des éléments courants deplancher tels que des dalles alvéolées, des élémentsnervurés, soit des éléments spécifiques permettantune conception architecturale originale de la toiture.C'est le cas, par exemple, des composants nervurésde hauteur variable, des coques, des éléments ché-neaux, des sheds… Ces divers éléments peuvent enoutre comporter l'isolation et l'étanchéité intégrées.

Les tuiles en béton

Leurs principaux avantages résident dans :• l'esthétique,• la facilité de la pose,• la durabilité et la robustesse,• l'aspect économique.

Couvertures en béton cellulaire

Elles sont réalisées à partir de panneaux en bétoncellulaire armé de largeur courante égale à 0,60 m.Ces panneaux reposent sur les éléments porteurs(pannes ou poutres) sur lesquels ils sont clavetés.

196

Mise en place de dalles alvéolées.

197

Les produits en béton fabriqués en usine, bien que standardisés, se prêtent également aux formes compliquées.

■ Les éléments de fibres-ciment

Les nouvelles générations de fibres-ciment se prê-tent à la réalisation de plaques de faible épaisseur,de formes variées et pouvant être teintées : plaquesplanes ou ondulées, pour bardages et couvertures,ardoises de grandes dimensions, plaques supportsde tuiles.Elles apportent leur résistance mécanique, notam-ment à la flexion, une faible conductivité thermique,la résistance au gel, et aux agents chimiques.Faciles à poser et économiques, les couvertures enéléments de fibres-ciment trouvent des utilisationsnombreuses en bâtiments industriels, agricoles,sportifs.

Autres éléments

■ Les éléments de voirie et de mobilierurbain

De nombreux éléments en béton se sont développésdans ce secteur où ils apportent une double répon-se fonctionnelle (robustesse, résistance aux dégra-dations) et esthétique. La variété des formes, destextures et des couleurs des éléments béton facilitel’intégration aux sites les plus exigeants. Parmi lesmultiples produits utilisés, il faut citer les pavés, lesdalles, les bordures, les caniveaux, les éléments designalisation, le mobilier urbain (bancs, vasques,etc.).

■ Les tuyaux et les accessoires pour réseaux d’assainissement

Les canalisations d’assainissement constituent unmarché dans lequel les exigences de qualité rigou-reuses, qui conditionnent le bon fonctionnement desréseaux, ont favorisé le développement des tuyauxen béton.Les résistances mécaniques, la tenue aux agentsagressifs, l’étanchéité et la durabilité sont contrôléesde manière rigoureuse, ces produits faisant l’objet decertification.La forme des tuyaux (circulaire ou ovoïde), lescaractéristiques du béton, les diamètres pouvantatteindre 3,50 m, les accessoires très complexes(regards, branchements, dérivations, buses) permet-tent de réaliser tous les types de réseaux d’assainis-sement.

198

Tuyaux d’assainissement et boîtes de dérivation.

L’intérêt du béton dans les routes

Un intérêt croissant pour les routes en béton sedéveloppe dans le monde entier, tant pour la réali-sation des grands axes routiers et autoroutiers quepour les voiries urbaines ou pour des applicationsplus modestes, mais très nombreuses, telles que lesroutes secondaires et la voirie rurale, forestière oude lotissement.Les raisons principales de ce développement sontdues à la satisfaction qu’elles apportent aux usagerscomme aux responsables des réseaux :• la chaussée en béton apporte à l’usager un niveaude service élevé, associé à un niveau de sécuritéremarquable : adhérence par tous temps, absenced’orniérage, visibilité due à une bonne réflexion de lalumière ;• le bilan économique à long terme est très favorabledu fait de la longévité de la chaussée béton et de sonentretien réduit ;• le béton apporte aux chaussées ses perfor-mances, notamment sa durabilité (résistance à lachaleur, au froid et au gel), et sa solidité (résistanceaux charges, à l’érosion et aux agressions chi-miques) ;• le béton permet de réaliser des chaussées inté-grées à l’environnement en employant des granulats,

des colorants et des traitements de surface quioffrent de nombreuses possibilités décoratives ;• le béton est un matériau simple à réaliser et àmettre en œuvre.

Définitions

■ Le trafic

Il est déterminé en fonction du nombre de poidslourds par jour :

Le dimensionnement d’une chaussée tient comptede la classe de trafic initiale et de la durée de servi-ce prévue, conduisant à considérer le trafic cumulésur cette période.

211

8.7 Le béton dans les routes

■ La portance du sol

Les sols sont classés en cinq classes de p0 à p5,caractérisant la capacité du sol à résister auxcharges appliquées (voir le chapitre 8.8).

■ Les caractéristiques du béton

Selon les applications et le trafic, le béton doit pré-senter des caractéristiques définies par la norme NF P 98 -170 « Chaussées en béton – Exécution,Suivi, Contrôle des spécifications »).

Le rôle et la structure de la chaussée béton

Le poids du véhicule est transmis au sol, sous formede pressions, par l’intermédiaire des pneumatiques.Ces pressions, voisines de la pression de gonflagedes pneumatiques, sont relativement importantes :6 à 7 kg/cm2.D’une manière générale, les sols ne peuvent sup-porter sans dommage de telles pressions ; il seforme alors des ornières.

Le rôle d’une chaussée est de reporter sur le solsupport, en les répartissant convenablement, lesefforts dus au trafic. La chaussée doit avoir uneépaisseur telle que la pression verticale transmiseau sol soit suffisamment faible, afin que celui-ci puis-se la supporter sans dégradation.Comme la pression décroît régulièrement en profon-deur, on peut constituer une chaussée par la super-position de couches de caractéristiques mécaniquescroissantes à partir du sol. En général, on rencontresuccessivement.

La couche de fondation

La construction de cette couche ne pose pas de pro-blème particulier ; la plupart des matériaux convien-nent.

La couche de base

La construction de cette couche doit faire l’objetd’une attention toute spéciale : le matériau utilisé doitpouvoir résister aux contraintes résultant dutrafic.

La couche de surface (ou de roulement)

Elle doit notamment résister aux efforts tangentielsdes pneumatiques et s’opposer à la pénétration del’eau.L’ensemble de ces trois couches constitue l’assisede la chaussée.L’avantage apporté par la chaussée béton est leremplacement des couches de base, de surface et,éventuellement, de fondation, par une dalle monoli-thique qui remplit leurs fonctions ; c’est le principe dela chaussée rigide.

Les bétons routiers

A partir des différentes catégories de ciments, il estpossible d’obtenir une grande variété de bétons auxcaractéristiques appropriées. En fonction de la natu-re des granulats, des adjuvants, des colorants, lebéton s’adapte aux exigences de chaque réalisation,par ses performances comme par son esthétique.Selon sa destination, on choisira la formulation et lamise en œuvre du béton la mieux adaptée.

212

Les différentes couches qui constituent la structure de la chaussée.

Le trafic est déterminé en fonction du nombre de poids lourds par jour.