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LE BETON PRECONTRAINT AUX ETATS LIMITES Sommaire Chapitre 1 Présentation du bét

LE BETON PRECONTRAINT AUX ETATS LIMITES Sommaire Chapitre 1 Présentation du béton précontraint notations – unités.................................................3 A. Présentation....................................................................................................................3 B. Principes du béton précontraint......................................................................................3 C. Principe de la précontrainte :..........................................................................................4 D. Qualités et défauts du béton précontraint.......................................................................5 E. Types de précontrainte....................................................................................................6 F. Exposé de vidéos sur le béton précontraint :....................................................................12 G. Notations.......................................................................................................................13 Chapitre 2 Les aciers....................................................................................................................16 A. Aciers de précontrainte.................................................................................................16 B. Armatures passives.......................................................................................................26 Chapitre 3 Les bétons...................................................................................................................27 A. Composition du béton...................................................................................................27 B. Mise en œuvre du bét....................................................................................................27 C. Résistance du béton......................................................................................................27 D. Autres caractéristiques du béton...................................................................................28 Chapitre 4 Résistance au moment fléchissant.............................................................................31 A. 1ère solution....................................................................................................................32 B. 2ème solution..................................................................................................................34 Chapitre 5 perte de précontrainte.................................................................................................37 A. Perte par frottement :....................................................................................................37 Chapitre 6 La réglementation – la sécurité...................................................................................51 A. La réglementation classique dite aux contraintes admissibles.....................................52 B. Théorie probabiliste de la sécurité................................................................................53 Chapitre 7 contraintes admissibles contraintes de calcul............................................................59 A. Classe de vérification....................................................................................................59 B. Contraintes normales admissibles de flexion en état limite de service........................60 Chapitre 1 Présentation du béton précontraint notations – unités A. Présentation 1) Étymologie Le mot « précontraint » signifie contrainte avant ; le béton précontraint est soumis préalablement à toute charge extérieure, à un effort de compression qui permettra de supprimer les contraintes de traction qui apparaitraient dans un élément en béton armé. On évite ainsi les inconvénients du béton armé tels que fissuration, corrosion des aciers, béton tendu inutile… 2) Historique Le mot précontraint a été imprimé en 1933 par E. FREYSSINET dans un article de la revue sciences et industrie. Le premier brevet de Freyssinet sur la précontrainte date de 1928, il était intitulé « procédé de fabrication de pièces en béton armé » Les premières études sur la précontrainte du béton sont antérieures à celles de Freyssinet , on peut citer : Le brevet de P. JACKSON en Californie en 1886, qui est la première application du béton précontraint Le brevet de DOEHRING en 1888 comportant quelques principes de béton précontraint mais sans suite, et qui déposa un brevet de dalles précontraintes par fils Les essais des allemands KOENER et LUNDT en 1907, qui furent voués l’échec, pour essayer de limiter la fissuration de traction du béton. B. Principes du béton précontraint Pour comprendre le principe de la précontrainte nous proposons deux exemples : 1) La roue de bicyclette La roue de bicyclette est constituée d’une jante avec pneu, de rayon métallique tendus et d’un moyeu. Première étude : Examinons ce qui se passerait si les rayons n’étaient pas prétendus. La raideur de la jante n’est pas suffisante pour ne pas se déformer au contact du sol. Les rayons ne peuvent résister à des efforts de compression importants ( élancements mécaniques de l’ordre de 1000, contrainte critique d’Euler de l’ordre de 2 MPA, effort critique d’Euler de l’ordre de 3 N, ce qui est négligeable) La jante a tendance à se raccourcir entre A et B mais comme son module d’Young élevé ne permet pas d’absorber ce raccourcissement sur la longueur AB, elle pousse sur la partie extérieure à AB. Dans la zone ED, les rayons sont comprimés pour équilibrer l’effort de compression apporté par ceux de la zone AB. L’équilibre général serait obtenu par :  Compression des rayons des zones AB et DE  Traction des rayons des zones EF et BD  La jante comprimée sur toute sa longueur Or les rayons flambent. Deuxième étude : Supposons les rayons prétendus à la fabrication de la roue, l’effort de compression supporté par les rayons de la zone AB pour 8 rayons, est de l’ordre de : 100/8 = 12.5 kg ; pour des rayons de 1.5mm2 de section, on aurait une contrainte de 82MPA. Si les rayons sont prétendus à 100 MPA ( 15 Kg de traction) ils peuvent supporter un effort de compression qui diminue l’effort de traction résistant de 100 à 100 -82 = 18 MPA ; ils restent toujours tendus et ne flambent donc pas. On voit ainsi comment, par la mise en place d’un effort préalable de traction ( précontrainte par traction), on ramène le comportement des matériaux ( rayons) dans le domaine de résistance. C. Principe de la précontrainte : La précontrainte est un état de sollicitation du béton et de l’acier appliqué lors de la construction, avant que d’autres sollicitations agissent sur la structure. L’acier est mis en traction au moyen d’un dispositif spécifique : cet effort est transmis au béton qui est ainsi mis en compression. Le terme « précontrainte » indique que le béton est mis en compression avant que la structure entre en fonction. Précontraindre une construction, c’est la soumettre, avant application des charges, à des forces additionnelles déterminants des contraintes telles que leur composition avec celles provenant des charges donne en tous points des résultantes inférieures aux contraintes limites que la matière peut supporter indéfiniment sans altération. La précontrainte permet d’augmenter sensiblement la rigidité d’une structure en béton armé, tout en rendant possible la pleine utilisation d’aciers à très haute résistance. En effet, des armatures avec une limite d’écoulement qui atteint 3-4 fois celle des armatures ordinaires peuvent être produites à des coûts très intéressants, mais ne peuvent pas être utilisées efficacement dans le béton armé ordinaire puisque les déformations (déplacements et fissures) à l’état limite de service seraient trop importantes. 1) Expérience simple Une expérience simple peut être faite avec des morceaux de sucre qui peuvent représenter les voussoirs préfabriqués d’un pont à voussoirs. Prenons huit morceaux de sucre que nous assemblerons par juxtaposition suivant leur grande face disposée horizontalement . Appliquons une force à mi portée jusqu’à l’effondrement. On constate que la ruine se produit par ouverture du joint inférieur des morceaux 4 et 5 , comme si l’effort P était appliqué au-dessus du noyau central. Retournons l’ensemble dans le sens vertical ; on constate alors que la charge Q2 est plus grande que Q1. Déplaçons la position du point d’application de l’effort P vers le bas, l’effort de ruine Q3 est encore plus élevé : Q3 > Q2 > Q1. On constate donc que la force portante est améliorée par : Une plus grande inertie ( Q2 > Q1) Une excentricité de l’effort P dirigé vers le bas ( Q3> Q2) D. Qualités et défauts du béton précontraint Comme principaux avantages du béton précontraint, on peut citer : Une meilleure utilisation de la matière puisque contrairement au béton armé, il n’il n’y a pas de béton tendu inutile. Le béton situé autour des armatures de précontrainte est toujours comprimé, on limite ainsi le risque de corrosion des aciers. Les armatures à haute limite d’élasticité utilisées en béton précontraint sont moins chères, à force égale, que les aciers de béton armé. L’effort de précontrainte, agissant en sens inverse des charges extérieures, limite les déformées. On obtient ainsi une diminution des flèches des poutres et donc une diminution de leur hauteur. La possibilité d’assembler des éléments préfabriqués sans échafaudage ni bétonnage de deuxième phase : ponts construits avec des voussoirs préfabriqués posés en encorbellements successifs… La possibilité de franchir de plus grande portée qu’avec des ouvrages en béton armé. Comme inconvénient on retiendra : La nécessité de fabriquer des bétons plus résistants principalement avant 28 jours ; La nécessité de disposer d’un personnel qualifié pour la vérification de la pose des gaines et câbles et pour la mise en tension des câbles. L’obligation d’attendre que la mise en tension soit faite pour pouvoir décintrer ou décoffrer. Des calculs en général plus complexes que pour les ouvrages en béton armé. E. Types de précontrainte 1) La précontrainte par post-tension Dans la précontrainte par post-tension, l’acier est mis en tension après le durcissement du béton. Cette opération s’effectue ainsi (fig. 1.1) : 1. Des gaines de précontrainte en tôle ondulée ou en matière synthétique (polyéthylène ou polypropylène) sont placées dans le coffrage avant le bétonnage. L’armature de précontrainte se trouve dans ces gaines, qui la séparent du béton frais lors de sa mise en place, ou sera introduite dans les gaines après le bétonnage. A chaque extrémité, l’armature de précontrainte est dotée de têtes d’ancrages chargées de transmettre la force de précontrainte au béton. 2. Après le bétonnage et une fois le béton durci, les câbles sont mis en tension. Pour ce faire, un vérin hydraulique est placé en face d’une des têtes d’ancrage pour tirer sur le câble (fig. 1.3). C’est ainsi que le béton est mis en compression. 3. Une fois la force désirée atteinte, qui peut être contrôlée en mesurant l’élongation du câble de précontrainte par rapport au béton, le câble est ancré à la tête d’ancrage et le vérin hydraulique démonté. 4. La dernière opération consiste à injecter l’espace entre la gaine et l’armature de façon à empêcher la corrosion de cette dernière. En général, on utilise un coulis de ciment qui, une fois durci, garantit également une bonne adhérence et une bonne transmission des efforts entre l’acier de précontrainte et le béton, tout comme pour une armature ordinaire (précontrainte avec adhérence). Dans ce cas, l’acier et la gaine doivent présenter des nervures suffisantes à leur surface. Si l’adhérence n’est pas nécessaire, uploads/Voyage/cours-de-bac-ton-prac-contraint-v01-2020.pdf