Les caractéristiques de l’acier en béton armé et leurs caractéristiques mécaniques

Bruno Caillard

Aciers pour béton armé

Mode de sollicitation des aciers dans le béton armé

Les barres d’acier sont toujours enrobées de béton et n’ont entre elles que peu de contacts. Les charges sont appliquées au béton et c’est le béton qui transmet ces charges aux aciers.

Forme optimale

C’est la forme ronde :

  • car lors de la mise en œuvre, le béton doit pouvoir remplir le plus possible de volume qui lui est offert. Cette condition est plus facile à remplir quand la section est plus ramassée que si l’armature présente des angles vifs ;
  • lorsque la barre est pliée, la forme de cette section ne doit pas tellement changer ;
  • on démontre que l’adhérence béton-acier est meilleure pour les barres à section ramassée que pour les autres.

Ductivité

C’est un caractère important des aciers pour l’armature, c’est son caractère à être maniable (déformable) parce que les aciers livrés par les usines sont en barre or dans un ouvrage on doit façonner les armatures pour leur donner la forme convenable. Ce pliage à froid ne doit pas occasionner de dommage sur la qualité de l’acier donc cet acier doit avoir une certaine ductivité.

Limite d’élasticité des aciers

Les constructeurs font toujours travailler les barres d’acier à un taux inférieur ou égal à la limite d’élasticité de cet acier. La raison principale est la suivante « l’allongement dans le sens de l’effort d’une barre s’accompagne toujours d’une contraction transversale ». En conséquence si la limite élastique de l’acier est dépassée, la contraction transversale est très importante et l’armature n’est plus adaptée à sa gaine de béton. Ce qui diminue considérablement l’adhérence acier-béton. Dès lors la construction périra à cause de ce manque d’adhérence.

Types d’aciers pour le béton armé

On dénombre quatre (04) types d’aciers utilisés pour le béton armé :

  • Les ronds lisses
  • Les barres à haute adhérence
  • Les treillis soudés
  • Autres

Les ronds lisses


Les diamètres nominaux sont les suivants : 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 32 et 40 mm

Caractéristiques mécaniques

Ces aciers sont obtenus en trois (03) nuances qui sont : Fe E 22 ; Fe E 24 ; Fe E 34


Dénomination de l’acier Limite d’élasticité \sigma`_{en} Contrainte de rupture Allongement de rupture [%]
Kgf/mm²HbarKgf/mm²Hbar
Fe E 222221,6333222
Fe E 242423,54241,225
Fe E 343433,46058,916

Les barres à hautes adhérences


Fer à haute adhérence

On a cherché à augmenter les limites d’élasticité des aciers pour réaliser des économies pour le prix. Mains de nombreuses recherches effectuées sur les barres ont montré que si on n’améliore pas l’adhérence des aciers au béton, on s’expose à de graves inconvénients : on démontre à propos de l’étude de fissuration du béton que la largeur de la fissure augmente avec la contrainte de l’acier mais que l’adhérence de l’acier au béton fait diminuer cette largeur de fissure. Il faut que les armatures de hautes nuances soient aussi à haute adhérence.

Les nombreuses recherches effectuées sur les barres ont conduit à la conclusion suivante : les meilleures formes sont celles de cylindre portant des nervures transversales normales à l’axe ou incliné sur lui et de saillie relativement faible. Actuellement les aciers à haute nuance comprennent deux (02) classes :

  • aciers crénelés
  • aciers écrouis : aciers tors (les plus présents sur le marché) et aciers tentor.

Aciers tors : nervures longitudinales diamétralement opposé qui après laminage étaient parallèles à l’axe ensuite après torsion sont transformés en hélice circulaire.

Caractéristiques mécaniques de l’acier

Il y a quatre (04) nuances :

  • HA Fe E 40 A
  • HA Fe E 40 B
  • HA Fe E 45
  • HA Fe E 50
Dénomination de l’acier Limite d’élasticité \sigma`_{en} [Kgf/mm²] Contrainte de rupture [Kgf/mm²] Allongement de rupture [%]
HA Fe E 40 Ad>20 : 4048,514
d<20 : 42
HA Fe E 40 Bd>20 : 4012
d<20 : 42
HA Fe E 45455212
HA Fe E 505057,510

Les treillis soudés

C’est un grillage de fil d’acier se croisant perpendiculairement à l’intervalle régulier.
Ce sont des armatures utilisées dans les dalles, dans les murs préfabriqués, etc. les diamètres nominaux sont : 3 – 3,5 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8 – 9 – 10 - 12.


Treillis soudé en fer HA
Treillis soudé en fer lisse


Contraintes admissibles de l’acier

Les règlements stipulent que les caractères mécaniques qui constituent les bases techniques de justification de sécurité sont les limites d’élasticité nominales à la traction et à la compression. Il est admis que ces deux (02) valeurs sont égales. La limite d’élasticité visée est la limite apparente d’élasticité ou si cette dernière ne peut être saisie, la limite conventionnelle d’élasticité est à 0,2% d’allongement rémanent.

Limite d’élasticité nominale

C’est la moyenne des valeurs mesurées des limites d’élasticité diminué de deux (02) fois de la moyenne quadratique, désigné par leurs symboles \sigma`_{en} en compression et \sigma_{en} en traction. Elle est exprimée en [bar].

Contrainte admissible

Le règlement prévoit deux (02) cas :

  • Charge + charge + action du vent
  • Charge + charge sans action du vent noté \displaystyle \bar {\sigma}`_{en} et \bar \sigma_{en} dans les deux cas.

{\bar {\sigma}`_{en}} = {\rho_{a} \bar {\sigma}_{en} ; 1^{er} cas \rho_{a}} = {1}

{\bar {\sigma}`_{en}} = {\rho \bar {\sigma}_{en} ; 2^{eme} cas \rho} = {\frac{2}{3}}

Ex : HA Fe E 40 A

  • Avec le vent \sigma`_{en} = 4000 Kgf/cm²
  • Sans le vent \sigma`_{en} = 4000 x 2/3 = 2666 Kgf/cm²

Caractères technologiques des aciers

Caractères d’adhérence

L’aptitude d’une armature à rester solidaire du béton qui l’enrobe est caractérisée par deux (02) coefficients sans dimension :

  • coefficient de fissuration \displaystyle \eta
  • coefficient de scellement \displaystyle \psi_s

Coefficient de fissuration \displaystyle \neta
Ceci intervient dans les calculs relatifs à la fissuration et qui prennent les valeurs suivantes :

\eta = \left| {\begin {array}{rcl} 1 \rightarrow RL \\ 1,3 \rightarrow HA \phi < 6mm \\ 1,6 \rightarrow HA \phi \ge 6mm \\\end{array} \right

Coefficient de scellement \displaystyle \psi_s
Ceci intervient dans les calculs relatifs aux ancrages.

\psi_{s}  = \left| {\begin{array}{rcl} 1 \rightarrow RL \\ 1,5 \rightarrow HA \end{array} \right

Aptitude au façonnage et au soudage

L’aptitude au façonnage est déterminée par les essais de pliage ou de pliage suivi de dépliage. Ces essais permettent de déterminer le rayon minimal du mandrin (de cintrage) sur lequel les barres peuvent être cintrées si nécessaire.
Tous les aciers pourraient être soudés à condition d’y mettre le temps, les moyens et le prix.