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Chap.2 Matériaux du béton armé 1 gerald.hivin@ujf-grenoble.fr 2. Les Matériaux

Chap.2 Matériaux du béton armé 1 gerald.hivin@ujf-grenoble.fr 2. Les Matériaux du Béton Armé 2.1 Le Béton (A.2.1) Le béton est un mélange de ciment, de granulats, d’eau et éventuellement d’adjuvants défini par des normes (y compris pour l’eau…). Ciments La production annuelle est en France d’environ 20 millions de tonnes (www.infociments.fr) On distingue différents types de ciment et différentes classes de résistance. Classes Définition CEM I Ciment Portland CEM II Ciment Portland composé (au laitier, fumée de silice, pouzzolane, cendres volantes, schistes calcinés, calcaire) CEM III Ciment de haut fourneau CEM IV Ciment pouzzolanique CEM V Ciment composé (laitier, cendres) Normal (N) Rapide (R) Résistance minimale A 2 jours A 28 jours A 2 jours A 28 jours Classe 32,5 / 32,5 ≥ 10 32,5 Classe 42,5 ≥ 10 42,5 ≥ 20 42,5 Classe 52,5 ≥ 20 52,5 ≥ 30 52,5 Bétons Un béton est défini par un certain nombre de critères et sera caractérisé par des performances dont la résistance n’est qu’un des aspects. La norme EN 206-1 s’applique à tous les bétons de structure, y compris ceux réalisés sur chantier, contrairement à la norme NF-P-18.305 qui ne s’appliquait qu’aux bétons prêts à l’emploi. Les Béton prêts à l’emploi (B.P.E) sont fabriqués industriellement avec les avantages que cela comporte (matériaux stockés correctement, dosages précis (l'ajout d'eau dépend de la teneur en eau des granulats), contrôles systématiques des composants, régularité des caractéristiques du produit…) On voit sur la marché, au travers du réseau des usines de Béton Prêt à l'Emploi, des bétons de résistance très élevée, regroupés sous le terme de Bétons à Hautes Performances. En fait ils recouvrent une vaste gamme de bétons; une classification est proposée en fonction de leur résistance, mais ne pas perdre de vue que le mot "performance" englobe des caractéristiques diverses : • densité • porosité • perméabilité ou résistance à la pénétration de l'eau • résistance aux agents agressifs extérieurs (chimiques notamment) • résistance aux cycles gel- dégel et au sels de déverglaçage • résistance à l'abrasion • tenue au feu • déformabilité • retrait, fluage • maniabilité • développement accéléré de la résistance • hydratation retardée • teneur en air (air entraîné et occlus) • résistance à la compression (qui n’est que l'une d'entre elles). Chap.2 Matériaux du béton armé 2 gerald.hivin@ujf-grenoble.fr Il existe au sens de la norme, trois types de béton : - Les BCP- Bétons à Composition Prescrite - Les BPS- Bétons à Propriétés Spécifiés - Les BCPN- Béton à Composition Prescrite dans une Norme Pour les BCP Bétons à Composition Prescrite, la composition et les constituants à utiliser sont spécifiés au producteur par le client prescripteur. Le fournisseur n’est responsable que du respect de la formulation donnée par l’utilisateur. Ils ne doivent donc être commandés que par des prescripteurs réellement compétents dans la formulation des bétons. Pour les BPS Bétons à Propriétés Spécifiés, les spécifications sont les suivantes : o Exigence de conformité à la norme EN 206-1 o Classe de résistance o Classe d’exposition o Dimension maximum des granulats o Classe de consistance o Classe de teneur en chlorures o Exigences complémentaires (Prise retardée, résistance à l’abrasion, au gel dégel, aspect…) Exemple : Critères de spécification des BPS Classes de résistance Notée par exemple C25/30 , (C comme Concrete), 25 représente la résistance en compression en MPa à 28 jours sur cylindre 16/32 et 30 celle sur cube 15/15/15. Il existe de nombreuses classes allant de C8/10 à C100/115. Les plus courantes étant C20/25 et C25/30 Classes d’exposition Xo = Absence de risque de corrosion ou d’attaques Xc = Corrosion par carbonatation XD = Risque de corrosion par chlorures autres que sel de mer (Sels de déverglaçage, piscines …) Xs = Corrosion par chlorures provenant de la mer XA = Attaques chimiques XF = Attaques gel dégel Classes de consistance S1 : De 10 à 40 mm (± 10 mm) S2 : De 50 à 90 mm (± 20 mm) S3 : De 100 à 150 mm (± 30 mm) S4 : De 160 à 210 mm ( ± 30 mm) S5 : > 220 mm ( ± 30 mm) Classes de teneur en chlores CL0,20 = Pour le béton précontraint (un peu trop permissive), CL0,40 = Pour le béton armé courant, CL0,65 = Pour le béton avec ciment CEM III, CL1,00 = Pour le béton non armé. Où 0,20 correspond au % de chlorures autorisés par rapport au poids de ciment Béton à propriétés spécifiées BPS - NF EN206-1 C25/30 XC1(F) Dmax16 S3 CL0,40 Norme de référence 25MPa sur éprouvette 16-32 Classe d’exposition (France) Sec ou humide en permanence (intérieur des bâtiments ou immersion permanente dans l’eau) Dimension maxi du granulat en mm Classe de consistance (ou d’affaissement au cône) S3 : béton plastique (100 à 150mm) Classe de chlorure 0-40 : béton contenant des armatures en acier ou des pièces métalliques noyées Chap.2 Matériaux du béton armé 3 gerald.hivin@ujf-grenoble.fr Caractéristiques mécaniques. Le béton est caractérisé par une bonne résistance à la compression fcj et une résistance médiocre en traction ftj. Un module d'Young qui prend deux valeurs selon que l'on considère des déformations instantanées Eij ou des déformations à long terme, déformations différées, Evj. Essais de laboratoire Expérimentalement la résistance à la compression se mesure le plus souvent sur des éprouvettes cylindriques de diamètre 16cm et de hauteur 32cm. La résistance à la traction s’obtient soit par essai de traction par fendage (dit essai Brésilien) soit par un essai de flexion sur éprouvette prismatique. Fig.2.1 Essais de compression et de traction sur éprouvettes 16x32 Résistance à la compression (A.2.1,1) Dans les cas courants, un béton est défini par une valeur de sa résistance à la compression, à l'âge de 28 jours, dite "valeur caractéristique requise". Cette résistance se mesure par des essais de compression simple sur éprouvettes cylindriques de section 200 cm2 et de hauteur double de leur diamètre (les éprouvettes sont dites "16-32"). Elle est notée fc28 et s'exprime en MPa et correspond dans la norme à la valeur de la résistance au dessous de laquelle peuvent se situer au plus 5% de la population de tous les résultats des essais sur éprouvette 16x32. Cette résistance caractéristique est donc bien inférieure à la valeur moyenne des résultats d’essai. Cette résistance varie en fonction de l'âge du béton et le règlement donne des lois d'évolution de fcj (résistance en compression à j jours) en fonction de l'âge "j" en jours. Fig.2.1.b Evolution de la résistance en compression d’un béton en fonction de son âge Pour des bétons non traités thermiquement, on admet (BAEL): fc28 ≤ 40 MPa fcj = j.fc28/(4,76+0,83j) J ≤ 28 fc28 > 40 MPa fcj = j.fc28/(1,40+0,95j) J = 28 fcj = fc28 pour les calcul de résistance 28 < J < 60 fcj = j.fc28/(4,76+0,83j) pour les calculs de déformation J > 60 fc28 ≤ 40 MPa fcj = 1,1.fc28 pour les calculs de déformation Age (jours) fcj résistance en compression fc28 28 Chap.2 Matériaux du béton armé 4 gerald.hivin@ujf-grenoble.fr Résistance à la traction du béton (A.2.1,12) La résistance à la traction du béton à j jours, notée ftj et exprimées en MPa est définie conventionnellement par la relation ftj = 0,6 + 0,06. fcj si fc28 < 60MPa et ftj = 0,275.fcj 2/3 si 60< fc28 < 80MPa Quelques valeurs Déformations longitudinales du béton (A.2.1,2) Un essai de compression simple sur éprouvette 16x32 permet d'obtenir le diagramme expérimental "contrainte - déformation" du béton ci-dessous. Réglementairement, on applique des coefficients de sécurité sur la résistance du béton et le diagramme qui sera utilisé pour les calculs à l'ELU (Etats Limites Ultimes) sera le diagramme dit "de calcul" (voir chapitre 4, § 4.1). La résistance de calcul à la traction sera négligée. Le béton est un matériau fragile (par opposition à ductile), il se déforme peu avant rupture. La loi de comportement fait apparaître une zone élastique (quasiment linéaire) et une zone plastique. εbc2 = 3,5.10-3 si fcj < 40MPa et εbc2 = (4,5 – 0,025.fcj).10-3 si fcj > 40MPa Fig.2.2 Diagramme expérimental et diagramme de calcul du béton fbu = 0,85.fcj/(θ θ θ θ.γ γ γ γb) est la résistance en compression pour le calcul à l’ELU avec : θ θ θ θ = 1 pour les charges appliquées plus de 24h (0,9 entre 1 et 24h et 0,85 si < 1h) γ γ γ γb = 1,5 à l’ELU normal et 1,15 à l’ELU accidentel. Un élément de béton comprimé admet dès l'application de la charge une déformation instantanée. Mais au cours du temps, cette déformation va continuer à croître du fait du fluage (déformation dans le temps, sous charge constante) et sera même trois fois plus importante que la déformation instantanée. fc28 [MPa] 20 25 30 40 60 80 ft28 [MPa] 1,8 2,1 2,4 3 4,2 5,1 σ σ σ σbc 2.10-3 εbc2 ε ε ε εbc Diagramme réel Diagramme réglementaire de calcul à l’ELU fcj fbu= 0,85.fcj/(θ.γb) ftj Faible résistance en traction Chap.2 uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-ba-st2-chap-2.pdf