Chapitre I : PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX DU BETON ARME

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1 Chapitre I : PROPRIÉTÉS DES MATÉRIAUX DU BETON ARME I. 1 Déinitions Le béton est un matériau de construction résistant et durable que l on peut mouler en des ormes très variées : massis de ondation, barrages, éléments de charpentes (poutre, dalles, poteaux) et coques minces de ormes divers. Le béton est ormé de granulats et d une pâte d eau de ciment qui a durci dans le temps après des réactions d hydratation. I. 2 Le béton Les principaux constituants des bétons sont : - le ciment - l eau de gâchage - les granulats - les adjuvants I.2.1 Ciment Le ciment est déini par son type (Portland, alumineux, ) et par sa classe de résistance (32,5, 42,5 et 52,5) qui présente des indications sur la résistance à la compression à 2, 7 et 28 jours d âge des mortiers normalisés à base de ce ciment. Exemple : CEM I : Ciment Portland Artiiciel (sans constituants secondaires). CEM II : Ciment Portland composé (pouvant contenir du laitier, de la pouzzolane, des cendres volantes, des illers, ). CEM III : Ciment de Laitier au Clinker. Généralement, en pratique, les ciments CEM I et CEM II de classe de résistance 32.5 et 42.5 sont les plus utilisés I.2.2 Eau de gâchage L eau de gâchage est la quantité d eau totale ajoutée au mélange sec du béton. Elle est nécessaire pour : - l hydratation du ciment (réaction entre le ciment et l eau) - le mouillage des granulats - la acilité de mise en place du béton (l ouvrabilité). L eau de gâchage doit être propre. La quantité d eau introduite dans la composition du béton inluence sa résistance et son ouvrabilité. La quantité d eau utilisée dans un mélange est calculée par rapport selon l ouvrabilité et la résistance du béton désirées. Le rapport Eau /Ciment pour des bétons courant varie 0.4 et 0,7 (0,4<E/C<0,7). I Sable Le sable est constitué par des grains ins (<5 mm). Il peut être naturel (lit de rivière, rivage de la mer, ) ou artiiciel (obtenu par concassage des roches dures, exemple: Calcaire, granit, quartzite, ). I Gravier Les graviers sont des matériaux inertes, d un diamètre variant entre 5 et 40 mm, provenant de roches naturelles ou artiicielles, utilisées telles quelles ou concassées. Ils représentent 60 à 80% du volume du béton et inluencent ortement ses propriétés, le dosage et le coût des mélanges. Les granulats sont constitués par des grains rocheux dont la grosseur est comprise entre 5 et 25 mm (8-15 et /40). (2011/2012) 1

2 On distingue : - Gravier roulés : extraits de lit de rivière. - Gravier concassés : extraits par concassage des roches (aspect anguleux et arêtes vives). NB. Les graviers sont caractérisés par une courbe granulométrique (essai de granulométrie par tamisage), et par leur résistance mécanique (Coeicient de Los Angeles et microdeval). I Adjuvants En poudre ou en liquide, ils sont incorporés lors de la abrication (malaxage) du béton pour modiier ses propriétés à l'état rais (ouvrabilité) ou durci (prise et durcissement). Ils sont classés selon l action principale qui les déinit. On peut citer : les plastiiants ou superplastiiant (améliore l ouvrabilité, réduction de l eau,..). les accélérateurs de prise et/ou de durcissement (utilisé en période hivernale, décorage rapide,...) Le retardateur de prise et/ou de durcissement (Temps chaud, béton de masse, ). Exemple d une composition d un béton courant : 350 Kg de ciment, 450 litre de sable, 750 litre de gravier, 180 litre d eau. I.3 Propriétés physiques et mécaniques du béton I.3.1 Propriétés physiques a- Masse volumique - La masse volumique «ρ» des bétons courants est compris entre 2,2 et 2,4 t/m 3 (le poids volumique «γ» 22 et 24 kn/m 3 ou KPa ). b- Retrait Au cours de sa vie, le béton subit une variation de volume sans chargement extérieur. Le retrait est une variation dimensionnelle du béton sans chargement extérieur. Le retrait varie en onction : - de l état hygrométrique du milieu ambiant, - du dosage de ciment, - de la qualité d eau de gâchage. II.3.2 Propriétés mécaniques a- Résistance caractéristiques en compression «ƒ cj» Le béton est déini par la valeur de sa résistance à la compression à 28 jours d âge dite valeur caractéristique requise, notée ƒ. Lorsque les sollicitations s exercent sur un béton à un âge inérieur à 28 jours ((à j jours ; en cours d exécution), on se réère à la résistance ƒ cj du béton au jour j considéré. La résistance (ƒ cj en MPa) du béton est obtenue expérimentalement par un essai de compression sur des éprouvettes cylindriques de béton de dimensions 16x32 cm 2, généralement à 3, 7 ou 28 jours. (2011/2012) 2

3 En onction de ƒ, cj est estimée comme suit : Pour j 28 : cj cj j = j j = j pour pour 40Mpa 40Mpa Pour 28 j 60 ƒ cj = ƒ N.B La procédure complète de l essai de mesure de la résistance en compression du béton sera donnée dans les séances de travaux pratique (TP). Pour j 60 ƒ cj= 1.1 ƒ b- Résistance caractéristique á la traction La résistance á la traction du béton est beaucoup plus aible que sa résistance á la compression ( T 1/10 C ). On peut déterminer T expérimentalement par : - Essai de traction direct : L essai consiste à sceller deux barres d acier dans une éprouvette, et procéder par arrachement. - Essai par endage (essai brésilien) : L essai consiste à écraser un cylindre de béton entre les plateaux d une presse. - Essai par lexion : L essai consiste a appliquée une charge concentrée (au milieu) sur une poutre de section transversale carrée. La résistance caractéristique á la traction est conventionnellement déinie par la relation empirique (en MPa) suivante ( selon le B.A.E.L) : Pour ƒ cj < 60 MPa : Pour ƒ cj 60 MPa : ƒ tj = ƒ cj ƒ tj = ƒ cj 2/3 Exemple : pour ƒ = 25 Mpa ƒ t28 = 2.1 Mpa c- Coeicient d élasticité (Module de YOUNG) (2011/2012) 3

4 Sous les contraintes normales d une durée d application inérieure á 24 heures, on a : Le module de déormation longitudinale instantanée du béton «E ij». E ij = (ƒ cj ) 1/3 ( E ij et ƒ cj en Mpa ) - Sous les contraintes de longue durée d application (les déormations diérées du béton comprennent le retrait et le luage). Le module de déormation longitudinale diérée du béton «E vj» : permet de calculer la déormation inale du béton (déormation instantanée + déormation retrait et luage). E vj = 3700 (ƒ cj ) 1/3 = E ij /3 ( E vj et ƒ cj en Mpa ) d/ Fluage (déormation sous charge constante ) - L expérience a montré que, lorsque le béton est conservé en étant soumis á un chargement constant, la déormation du béton augmente : c est le luage. I.3.3 Diagramme de contrainte / déormation (de calcul) b- A l E.L.U Pour les calculs `a l ELU, le comportement réel du béton est modélisé par la loi parabolerectangle sur un diagramme contraintes déormations donné sur la Figure à droite, avec : Ɛ bc1 = 2 Ɛ bc2 = 3,5 (si cj< 40MPa) Et bu = 0, 85 cj γ b Diagramme contrainte-d eormation de calcul à l ELU. b- A L E.L.S Les déormations nécessaires pour atteindre l ELS sont relativement aibles et on suppose donc que le béton reste dans le domaine élastique. Avec Eb : module de déormation du béton (2011/2012) 4

5 Foraitairement, en prends E b = MPa I.4 L Acier L acier est un matériau très résistant. La résistance utile de l acier, en compression et en traction, est de l ordre de 10 ois la résistance à la compression des bétons (et de 100 ois leur résistance à la traction). L acier, d autre part, est un matériau coûteux, comparé au béton. On ait une bonne combinaison des deux matériaux en utilisant le béton pour résister aux eorts de compression, et l acier pour les contraintes de traction. Les aciers pour béton armé sont abriqués en usine, sous orme de ils ou barres de longueur commerciale de 12m et diérents diamètres (5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 32, 40 mm). On déinit : - La résistance caractéristique de l acier comme étant sa limite élastique garantie : ƒ e - Le module d élasticité longitudinale de l acier est pris égal à : E s = MPa I Diagramme contraintes- déormations (de calcul) Le diagramme contraintes( s ) déormations ( s ) est conventionnellement déini ci-dessous : e e /E s e /E s 10 - e I.4. 2 Aciers utilisés en B.A Les armatures métalliques sont placées dans les zones du béton où le risque de issuration est important (zones tendues ou cisaillées). Les armatures pour B.A sont constituées par des aciers qui se distinguent par leur nuance et leur état de surace. a/ Ronds lisses C est un acier qui n a subit aucun traitement thermique, il présente une surace lisse. Ce sont des aciers doux ; leur résistance est moyenne, ils sont souples et élastiques. Pour ce type, il existe deux (02) nuances : b/ Armatures à haute adhérence Nuance ƒ e (MPa) FeE FeE (2011/2012) 5

6 Leur surace présente des relies (nervures en hélice, ) qui améliorent l adhérence de la barre au béton. Ces aciers sont très résistants, mais peu souples. Pour ce type, on a: Nuance Fe (MPa) FeE FeE Les barres les plus utilisées sont les barres en acier «TOR». c/ Treillis soudés Acier TOR : acier dur, torsadé à roid, de section ronde pourvue de deux nervures hélicoïdales entre lesquelles se situent des verrous obliques. Les treillis soudés sont des grillages en ils tréilés et lisses, assemblés aux points de croisement par soudure électrique. Leur diamètre varie entre 4 et 12 mm. Ils sont généralement utilisés comme armature des dalles et voiles. I. 5 Les avantages et inconvénients du béton arme Les avantages du béton armé peuvent se résumer ainsi: - acilite d emploi, et disponibilité du matériau ; - grande variété de ormes possibles ; - absence d assemblages - absence d entretien des ouvrages inis. Quant aux inconvénients, on peut citer : - son poids ; - brutalité des accidents ; - temps de durcissement relativement long ; - exécution peu précise ; - diiculté de reprise des ouvrages en cas de transormation. (2011/2012) 6