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Chapitre 1: Généralités- Matériaux du Béton Armé 1 Module Béton Armé I Karim Mi

Chapitre 1: Généralités- Matériaux du Béton Armé 1 Module Béton Armé I Karim Miled, ENIT 2010-2011 Plan du chapitre I. Aperçu historique II. Béton III. Acier du Béton Armé IV. Béton Armé 2 I. Aperçu historique J. Lambot (1847) : renforcement du mortier de ciment avec des aciers. Vicat (1818) élabore la théorie de l’hydraulicité: mélange de calcaire et de silice conduit à l’obtention d’un ciment artificiel par cuisson 3 brevet de la barque imputrescible. Grand succès à l’exposition universelle de 1855 Joseph Monier, ingénieur civil français, est considéré souvent comme le père du béton armé. En 1867, il dépose le brevet de la caisse horticole réalisé en mortier de ciment armé. 4 Caisses horticoles en mortier de ciment armé (Monier, 1867) Joseph Monier proposa ensuite un système de construction de maison, de ponts et de réservoirs en B.A. 5 6 F. Hennebique (1892) : placement des fers selon la direction des contraintes (fers longitudinaux et étriers) 7 Entre 1892 et 1909, plus de 20 000 ouvrages B.A. sont construits sur plusieurs continents et notamment en Europe. Taipei 101 Taipei,Taiwan, 509 m Petronas Towers Kuala Lumpur, Malaisie, 452 m La construction en B.A. aujourd’hui Aujourd'hui, le béton est le matériau de construction le plus consommé dans le 8 Jin Mao Tower Shanghai, Chine, 421 m Sears Tower Chicago, Etats-Unis, 442 m le plus consommé dans le monde (environ 1 m3/an par habitant) Perle de l’orient à Shanghai, Chine, 468 m Construite en 1995 9 Shanghai, juin 2009 10 Encore plus haut ! Burj Dubai ou Burj Khalifa, 850 m (2009) 11 Khalifa, 850 m (2009) Viaduc Rion-Antirion, Grèce, 2004 Longueur de franchissement 2252 m 12 Les pylônes de 227m de hauteur en BHP (fc28= 82 MPa) Viaduc du Millau, Aveyron, France, 2004 Longueur de franchissement 2460 m, hauteur 343 m 13 7 piles en BHP (fc28= 60 MPa), hauteur de la pile la plus haute 245 m II.1. Composition du Béton – Ciment Portland Artificiel: CEMI 42,5 ou 42,5R ou CEMI 52,5 ou 52,5R, Ciment HRS 42,5 ou 52,5. – Eau => Résistance en compression augmente quand (E/C) diminue. – Granulats (sable et gravier) => choisir un squelette granulaire compact et des granulats de bonne qualité II. Béton 14 granulaire compact et des granulats de bonne qualité – Adjuvants: - malaxage facile et bonne ouvrabilité: plastifiants et super- plastifiants - temps de prise: retardateurs et accélérateurs de prise et de durcissement. – Ajouts: filler, fumée de silice, etc. => améliorer la compacité de la pâte cimentaire et du squelette granulaire=> augmenter la résistance du béton II.2.1. Résistance à la compression du béton • Un béton est caractérisé par sa résistance caractéristique à 28 jours fc28 obtenue pour un fractile de 5%. • fc28 doit être déterminée expérimentalement sur des éprouvettes cylindriques (16*32cm). II.2. Résistances mécaniques du Béton • D’après les règles Béton Armé aux Etats Limites du 1999 (BAEL99) MPa R si MPa R f 30 5 , 3 < − = 15 Essai de compression sur cylindre 16 cm x 32 cm MPa R si MPa R f MPa R si MPa R f c c c c c c 30 3 30 5 , 3 28 28 28 28 28 28 ≥ − = < − = Rc28: moyenne arithmétique d’au moins trois résultats d’essais d’écrasement de cylindres (16*32cm) à 28 jours MPa f MPa c 200 20 28 ≤ ≤ Selon les règles BAEL 99: Pour j < 28 jours: Evolution de la résistance caractéristique à la compression en fonction du temps d’un béton à base de ciment CPA et non traité thermiquement 16 j : Age en jour Pour j ≥ 28 jours: fcj= fc28 et fc28 ≤ ≤ ≤ ≤ 60 MPa LD P ft π 2 = II.2.2. Résistance à la traction du béton • Déterminée expérimentalement par l’essai brésilien (essai de fendage): P: l’effort de compression appliqué par le vérin de la presse D: diamètre du cylindre (16cm) L: Hauteur du cylindre (32cm) 17 MPa f pour MPa f f MPa f pour MPa f f cj cj tj cj cj tj 60 ) ( 03 . 0 4 . 2 60 ) ( 06 . 0 6 . 0 > + = ≤ + = • A défaut de valeur expérimentale, la résistance caractéristique à la traction à l’âge j (en jour) du béton peut être déterminée en fonction de fcj par la formule empirique suivante issue des règles BAEL99 : L: Hauteur du cylindre (32cm) => ft28 est égale à environ (fc28 /12) ε σ ∆ ∆ = i E II.3. Déformations instantanées du béton • Module instantané de déformation longitudinale déterminé expérimentalement par l’essai de module: 18 ε ∆ MPa f pour MPa f E cj cj ij 60 ) ( 11000 3 ≤ = ) 40 30 ( 28 GPa E GPa i ≤ ≤ • A défaut de valeur expérimentale, le module instantané du béton à l’âge j (en jour) peut être déterminé en fonction de fcj par la formule empirique suivante issue des règles BAEL 99: II.4.1. Fluage du béton • C’est un raccourcissement progressif du béton sous contrainte constante de compression (retrait déduit). Cette déformation différée se poursuit pendant des décennies avec une vitesse décroissante, pour aboutir à une lente stabilisation. ) ( ) ( béton du ou vraie finale n déformatio : ; 0 0 t E E t E i fl i fl v fl i v Φ = => Φ = Φ = + = σ ε ε ε ε ε ε • Formulation simplifiée du BAEL 99: A: Éprouvette témoin de retrait II.4. Déformations différées du béton 19 ) ( 3700 2 vrai module : ; ) 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( fluage du module : ; fluage du finale n déformatio : ) ( 3 28 0 0 0 0 MPa f E E t E E t E E t E c v v i v i i v fl fl i = => = Φ Φ + = Φ + = Φ + = Φ σ ε ε ε : date de confection des éprouvettes 3 ij vj E E = => Module différé de déformation longitudinale: II.4.1. Retrait du béton • C’est un raccourcissement spontané et progressif du béton en l’absence de toute contrainte. Ce phénomène est dû principalement à l’évaporation de l’excédent d’eau de gâchage non combinée au ciment dans la réaction d’hydratation. jour en t ); ( ; ) ( ) ( ) ( = = = r r cm B r t t r t r t ε ε • Selon les Règles BAEL 99: • Retrait empêché => fissuration du béton r(t): loi d’évolution du retrait => 0 < r(t) <= 1 εr: déformation finale du retrait r : rayon moyen de la pièce => 20 6 0 0 10 ) 3 10 80 6 )( 100 ( ; 20 1 1 ; jour en t ); ( ; 9 ) ( − + + − = = + = = = + = m h s s s s s r m m r B A k k cm u B r r t t t r ρ ε ρ ρ ε ε rm: rayon moyen de la pièce => εr si rm B: aire de la section droite de la pièce u: périmètre en contact avec le milieu ambiant ρs: % d’armatures adhérentes As: section d’armatures adhérentes ρh: hygrométrie ambiante en % εr si ρh • A défaut de données précises, on peut supposer que: εr= 2 10-4 en climat humide εr= 4 10-4 en climat chaud et sec εr= 5 10-4 en climat très sec ou désertique (sud tunisien) III.1. Propriétés mécaniques • Comportement élasto-plastique => bonne ductilité A F = σ Contrainte Résistance à la traction fr • Bonne résistance à la traction et à la compression III. Acier du B.A. 21 0 0 l l l − = ε Limite d’élasticité fe ∆ε ∆σ Déformation E = 200 GPa Déformation à la rupture ε ε ε εr ε σ ∆ ∆ = E Module d’élasticité Instantané E Essai de traction • Barres à haute adhérence (HA): aciers durs laminés à chaud – FeE400 fe = 400 MPa et εr ≅14% – FeE500 fe = 500 MPa et εr ≅12% Nuances des Aciers du B.A. 22 – FeE500 fe = 500 MPa et εr ≅12% • Ronds Lisses (RL): aciers doux sans traitement thermique – FeE215 fe = 215 MPa – FeE235 fe = 235 MPa Très grande déformation à la rupture: εr ≅22% III.2. Caractéristiques géométriques des aciers du B.A. Fils HA: armatures pour prédalles préfabriquées, etc. Forme Barres lisses ou HA: 6 ≤ ≤ ≤ ≤longueur ≤ ≤ ≤ ≤12m Treillis soudés en acier HA ou en Rond Lisse: voiles, dalles, etc. Diamètres normalisés des barres 23 Diamètre (mm) 5 6 8 10 12 14 16 20 25 32 40 Section (cm2) 0.2 0.28 0.50 0.79 1.13 1.54 2.01 3.14 4.91 uploads/Ingenierie_Lourd/ b-a-chap1-pdf.pdf