Association Béton-Acier: Le Béton Armé

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1 Séminaire sur le thème: «Le Béton Armé: Armatures et Béton» Association Béton-Acier: Le Béton Armé Karim Miled Maître Assistant, ENIT Le 25 novembre

2 Béton Bonne résistance à la compression Résistance caractéristique f c28 20MPa f 200MPa c28 Éprouvette 16 cm x 32 cm 2

3 Béton Rupture fragile en traction Très faible résistance à la Traction Règles BAEL 91 f = f ( MPa) t 28 c28 =>f t28 est égale à environ (f c28 /10) 2P f = t πld 3

4 Béton Armé Définition Association entre béton et armatures en acier ayant une très bonne résistance à la traction et une bonne ductilité Principe Béton reprend les efforts de compression Acier reprend les efforts de traction 4

5 Compatibilité entre béton et acier 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 5

6 Aperçu Historique J. Lambot (1847): brevet de la barque imputrescible, grand succès à l exposition universelle de

7 J. Monier (1867) dépose le brevet de la caisse horticole réalisé en mortier de ciment armé Caisses horticoles 7

8 J. Monier (1875) propose un système de construction de bâtiments, de ponts et de réservoirs en B.A. Premier Pont de Chazelet construit par Monier en B.A. (France, 1875) 8

9 A.de Baudot (1889) a inventé le Système «Conttancin» en B.A. Eglise Saint Jean de Montmartre en B.A. (France, 1889) 9

10 Hennebique (1896): placement des fers selon la direction des contraintes (fers longitudinaux et étriers) Plus de ouvrages en B.A. sur plusieurs continents entre 1892 et

11 Aujourd'hui, le B.A. est le matériau de construction le plus consommé dans le monde (environ 1m 3 /an par habitant) CITIC PLAZA en B.A. 391m (CHINE) 11

12 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. 12

13 Inconvénients du B.A. Retrait empêché du béton => Fissuration Fluage du béton => Déformations différées Matériau polluant (1 tonne CO 2 / 1 tonne de ciment) => Bétons verts Variabilité dans ses propriétés mécaniques selon la formulation et la mise en œuvre Nécessité du coffrage => préfabrication 13

14 Propriétés mécaniques du Béton: Règles BAEL 91 Déformabilité Module instantané de déformation longitudinale E ij = f ( MPa) cj ( 30GPa Ei 28 40GPa) Module différé de déformation longitudinale: E = vj E ij 3 E= σ ε 14

15 Propriétés mécaniques de l Acier Comportement élastoplastique Contrainte σ = P A Résistance à la tractionf r Limite d élasticité f e ε Module d élasticité E E = 210 GPa σ E= σ ε Déformation à la rupture ε r Déformation Essai de traction ε = l l l

16 Propriétés mécaniques des Aciers du B.A. Barres à haute adhérence (HA): aciers durs laminés à chaud FeE400 f e = 400 MPa et ε r 14% FeE500 f e = 500 MPa et ε r 12% Ronds Lisses (Φ): aciers doux sans traitement thermique FeE215 f e = 215 MPa FeE235 f e = 235 MPa Très grande déformation à la rupture: ε r 22% 16

17 Caractéristiques géométriques des Aciers du B.A. Barres lisses ou HA: 6 longueur 12m Forme Fils HA: Treillis soudés, armatures pour prédalles préfabriquées, etc. Treillis soudés en acier HA: voiles, dalles, etc. Diamètres normalisés des barres Diamètre (mm) Section (cm 2 ) Poids (kg/m)

18 Règlements de calcul B.A C.C.B.A. 68 (méthode aux contraintes admissibles) Béton Armé aux Etats Limites B.A.E.L EUROCODES 1 et 2 ACI 18

19 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) 19

20 Hypothèses générales de calcul B.A. vis à vis des Etats Limites selon les règles BAEL 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 20

21 Adhérence parfaite acier-béton 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). τ s l Zone d ancrage Φ l F effort de traction dans la barre 21

22 Ancrage rectiligne Longueur de scellement l s : longueur d une barre droite nécessaire pour assurer un ancrage total => l s = Φ l f 4τ su e Ancrage courbe Barres lisses Barres HA 22

23 Dimensionnement à l ELUR : Règle de Trois Pivots A d 0 B3,5 0,259d 3 3/7h h d 1 2 C A A

24 Diagramme Contraintes- Déformations de calcul de l acier à l ELUR σ f su= γ f e s f e (MPa) f su (MPa) -10 E s = 200 GPa ε s =10 ε γ s = 1 pour les combinaisons accidentelles 1,15 pour les autres cas 24

25 Diagramme Contraintes-Déformations de calcul du béton à l ELUR f bu f = 0, 85 θγ σ c28 b Diagramme parabole rectangle 2 3,5 ε γ b = 1,5 engénéral 1,15 combinaisons accidentelles θ = 1,00 : t> 24 heures 0,90 :1 heure< t 24 heures 0,85: t< 1heure 25

26 Dimensionnement à l ELS ELS de déformabilité (limitation des déformations) ELS de compression du béton: σ bc 0,6 f cj ELS d ouverture de fissures: Coefficient de fissuration σ s σs - Fissuration peu préjudiciable: s f e 2 fe - Fissuration préjudiciable: σ = 3 s Min 110 ηftj (MPa) 1 fe - Fissuration très préjudiciable: σ = Min 2 s 90 ηf tj (MPa) σ = 1,0 pour ronds lisse η= 1,3 pour fils HA φ< 6mm 1,6 pour barres HA et fils HA > 6mm 26

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