Comprendre le béton armé

Bruno Caillard

Définition générale du béton armé

On a découvert le béton armé comme matériaux de construction pendant la période de révolution industrielle.

Le béton seul appelé aussi béton ordinaire ou béton de masse ou béton de propreté s’obtient par malaxage d’un mélange de :

  • Liant hydraulique : chaux ou ciment,
  • Granulat : sable, gravillon ou gravier,
  • Eau

Phénomènes physiques de la mise en forme

La mise en forme se distingue par succession de divers phénomènes physiques tel la prise, la solidification et le durcissement : C’est le liant mélangé avec l’eau qui active la prise du béton, formant un élément unitaire qui se solidifie et se durcit pour donner la résistance voulue pour le béton.

Les granulats surtout les gravillons et graviers de tailles différentes constituent ce qu’on appelle le squelette granulaire ;

Le liant mélangé avec de l’eau va donner la pâte. On distingue des ciments à prise lente ou rapide selon la durée de durcissement ;

Le mélange de la pâte et du sable forme le mortier.

Le béton est un matériau qui présente :

  • Une résistance à la compression relativement élevée de l’ordre de 25 MPa ou 250 bars
  • Une résistance à la traction faible de l’ordre de 2 MPa ou 20 bars.

Ainsi pour pouvoir utiliser ce matériau en traction et de façon économique, on lui associe des armatures métalliques (barres d’aciers) capable d’éviter les inconvénients résultant de ces tractions : c’est le béton armé.

Le béton armé est donc un ensemble hétérogène dans lequel l’union béton - acier a pu être réalisé grâce à la forte d’adhérence de ces deux matériaux entre eux et à la faible différence de leur dilatation thermique (10-5 pour le béton et 1,1.10-5 pour l’acier).

Principes et mises en œuvre du béton armé

Les règles du béton armé suivent le dosage du béton et l’agencement des armatures dans ce béton.

Dosages du béton

En règle générale, le dosage du béton armé repose sur le volume du béton à réaliser et la quantité en ciment du mélange. Il existe une large gamme de dosage allant de 350 Kg/m3 à 600 Kg/m3 selon son utilisation dans l’infrastructure (c-à-d 350 Kg de ciment pour 1 m3 de béton).

Les pourcentages respectifs des autres composants se répartissent de la manière suivante :

  • Gravillon et/ou Gravier : 80% du volume de béton ;
  • Sable : 40% du volume de béton ;
  • Eau : 140 à 170 L/m3 de béton.

Agencement des armatures

Pour le cas de l’armature, il nécessite encore un calcul plus complexe reposant sur les charges appliquées sur l’ouvrage. Il est indispensable de savoir les dimensions de cet ouvrage, la répartition et les dimensions des armatures correspondantes. Il existe plusieurs règles de calcul à utiliser dans le béton armé.

Mise en œuvre du béton armé

On prépare en premier lieu le coffrage selon la forme de l’ouvrage, vous pouvez faire ça avec de simples planches, des chevrons et des clous.
On place ensuite les armatures selon l’agencement après les calculs, laisser au moins un espace de 2,5 cm appelé enrobage entre la face intérieure du coffrage et les armatures.
Enfin, après mélange et malaxage du béton, on passe au coulage.

Différentes méthodes de calcul en béton armé

Les calculs en béton armé se basent sur deux grands types de calculs : le calcul aux contraintes admissibles et le calcul aux états limites.
Suivant l’évolution de la technique et de l’expérience, on a eu recours depuis les années 60 à plusieurs règles spécifiques de calcul :

  • CCBA (Règles de Calcul et de Conception des ouvrages et construction en Béton Armé), type de calcul aux contraintes admissibles ;
  • BAEL (Règles de calcul et de conception en Béton Armé aux Etats Limites), calcul aux états limites ;
  • BPEL (Règles de calcul et de conception en Béton Précontraint aux Etats Limites), calcul aux états limites ;
  • EUROCODE : méthode de calcul spécifiquement utilisée en Europe. Calcul aux états limites.

Classification et formes usuelles des éléments du béton armé

Le béton armé est classifié en béton armé ordinaire (béton mis en œuvre sur la place du chantier) et en béton armé précontraint (béton fortement comprimé par son armature métallique tendu avant le coulage puis relâché après le séchage).


Classification des corps en béton armé

  1. Poteaux, poutres ou barres : une dimension est beaucoup plus grande que les deux autres ;
  2. Plaques, dalles ou hourdis : une dimension est moins épaisse que les deux autres ;
  3. Corps massifs : les trois dimensions sont à peu près de même forme de grandeur.

Conceptions en béton armé


Ouvrage d’art en béton armé (Pont)

Le béton armé est utilisé dans tous types d’ouvrage du génie civil :

  • Ouvrages de bâtiment : semelles, longrines, chaînages, poteaux, poutres, dalles, acrotères, etc.
  • Ouvrage d’art du génie civil :
    • Ouvrages routiers :
      • Ouvrages de franchissement : ponts, radiers, etc.
      • Ouvrages d’assainissement : buses, ouvrages de visites, dalots, ponceaux, etc.
      • Ouvrages en adduction d’eau potable, d’irrigation et de production d’électricité : barrages, ouvrages de traitement, réservoirs, bornes fontaines, canaux, etc.

Avantages et Inconvénients du béton armé


Ouvrage d’art en béton armé en pleine mer

Avantages

Le béton armé est facile à manipuler et accessible à tous, il permet d’avoir une infrastructure rigide pouvant supporter d’énormes charges sur de longue portée avec une durée de vie s’étalant sur plusieurs centaines d’années. Le béton armé, bien calculé, répond aux diverses catastrophes naturelles tels séismes, inondations, cyclones, etc. ainsi qu’à une diversité de climat.

Inconvénients

Selon son utilisation, la difficulté du calcul du béton armé est très délicate


car la consistance de l’ouvrage y dépend. Le coût de l’ouvrage reste aussi assez élevé par l’utilisation du ciment. À titre indicatif, en France, le mètre cube du béton coûte au moins 100 €.

Pour en savoir plus sur la technique du béton armé

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