Béton armé

Le béton armé est un matériau composite constitué de béton et de barres d’acier alliant les propriétés mécaniques complémentaires de ces matériaux (bonne résistance à la compression du béton et bonne résistance à la traction de l’acier). Il est utilisé comme matériau de construction, en particulier pour le bâtiment et le génie civil.

Principe de fonctionnement du béton armé

Le béton est un matériau capable de supporter des contraintes de compression importantes (10 à 100 MPa) alors que sa résistance aux efforts de traction est très faible (de l’ordre du dixième de sa résistance à la compression). C’est donc pour pallier cette insuffisance qu’est née l’idée de placer, dans les zones soumises à des efforts de traction, des barres d’acier (armatures) qui, elles, sont résistantes aussi bien en compression qu’en traction. Le matériau résultant de l’association du béton et de l’acier est appelé « béton armé ».

Dans une structure en béton armé, les aciers principaux sont positionnés dans les parties tendues du béton pour compenser la mauvaise résistance du béton en traction. Pour une dalle en béton armé par exemple, on place les armatures principales en partie basse des travées et en partie haute au niveau des appuis.

Les premiers ouvrages en béton armé utilisaient des barres lisses en acier doux, par la suite les barres furent constituées d’acier haute adhérence (HA) comprenant des aspérités et ayant une meilleure résistance.

Les premières définitions des principes de calcul ont été faites à la suite des travaux de la commission du ciment armé qui ont abouti à la rédaction de la circulaire du 20 octobre 1906 concernant les instructions relatives à l’emploi du béton armé. Une commission prussienne définit les premières instructions sur le béton armé le 16 avril 1904, modifiées par le ministre des Travaux publics de Prusse par la circulaire du 24 mai 1907.

Dispositions courantes de ferraillage

Le type d’armature le plus courant est l’acier au carbone, généralement composé de barres rondes laminées à chaud avec des motifs de déformation. D’autres types facilement disponibles comprennent l’acier inoxydable et les barres composites en fibre de verre, fibre de carbone ou fibre de basalte. Les barres d’armature en acier peuvent également être revêtues d’une résine époxy conçue pour résister aux effets de la corrosion principalement dans les environnements d’eau salée, mais également des constructions terrestres.

Utilisation dans le ferraillage

Dans un ferraillage, il existe plusieurs types d’armatures :

les aciers principaux qui reprennent les efforts dans les parties tendues du béton ;
les aciers transversaux pour reprendre les effets de l’effort tranchant et/ou de la torsion ;
les aciers de comportement (pourcentage minimum d’armatures principalement pour limiter la fissuration) ;
les aciers de montage pour fixer les aciers et les maintenir au bon emplacement.

En général, les aciers ne sont calculés et mis en œuvre que dans les parties où le béton est en traction. Dans certains cas où le béton est fortement comprimé, par exemple des poutres fortement fléchies ou certains poteaux dont la géométrie est fixée par l’architecture de l’ouvrage, il arrive que le béton seul ne soit pas suffisant pour résister aux efforts de compression. On met alors en œuvre des aciers comprimés10 pour reprendre une partie de ces efforts. Les dispositions indiquées ci-après concernent uniquement les aciers principaux :

les poutres
les fondations
les poutres-voiles ou parois fléchies
les poteaux
les dalles et dallages
les coques

Poutres

Les poutres sont armées par des aciers principaux longitudinaux, destinés à reprendre les efforts de traction dus à la flexion, et des aciers transversaux, cadres et épingles (ou étriers), destinés à reprendre l’effort tranchant. Les espaces entre cadres varient en fonction de l’effort tranchantnote 2, resserrés quand l’effort tranchant est important, en général près des appuis ou à l’endroit d’application des efforts concentrés, et plus espacés quand l’effort tranchant est faible, en général vers le milieu des travées des poutres.

Fondations en béton armé

Le terme fondations regroupe tous les éléments de structure qui transmettent les efforts d’un ouvrage vers le sol. On distingue deux types de fondations :

fondations superficielles (semelle, radier) : elles travaillent par contact entre la surface d’assise de la fondation et le sol ;
- les semelles sont armées d’une nappe d’acier en partie basse et en partie haute si besoin ;
- les radiers se comportent comme des dalles à l’envers, de façon analogue, ils sont armés d’une nappe haute, et d’aciers en partie basse au niveau des longrines, voiles ou poteaux.
Fondations profondes (puits, pieux) : elles travaillent soit par friction entre la face latérale de la fondation et le sol, soit en pointe ;
- les pieux sont, suivant les cas, non armés ou armés par des d’aciers longitudinaux et transversaux ;
- les puits sont rarement ferraillés.

Poutres-voiles ou parois fléchies

Une poutre-voile ou paroi fléchie est une poutre de grande hauteur dont le rapport hauteur sur longueur est supérieur à 0,5 dans laquelle il se développe un « effet de voûte ». Les poutres-voiles sont armées, en partie basse, par un tirant qui reprend la traction engendrée par l’effet de voûte et par des armatures horizontales et verticales qui reprennent les effets du cisaillement

Poteaux en béton armé

Les poteaux sont armés par des aciers longitudinaux et des cadres transversaux destinés à limiter le flambement. Les cadres transversaux sont espacés régulièrement et resserrés dans les zones de recouvrement avec les aciers en attente.

Dalles et dallages

Les dalles sont généralement armées par deux à quatre lits (ou « nappes ») d’armatures croisées, formés par des barres individuelles ou des treillis soudés. On parle de « lit inférieur » (« nappe inférieure ») pour les deux nappes d’aciers proches de l’intrados de la dalle (face inférieure) et de « lit supérieur » (« nappe supérieure », « nappe haute ») pour les éventuelles nappes d’aciers proches de l’extrados de la dalle (face supérieure).

Il est possible, par mesure d’économie, de renoncer aux armatures supérieures en travée et de ne conserver des aciers en nappe haute qu’au niveau des appuis ; ils sont alors appelés « chapeaux ». Les armatures transversales (verticales) sont assez rares, mais peuvent être mises en œuvre dans le cas d’un cisaillement localisé important (risque de poinçonnement) ou d’une reprise de bétonnage comme une prédalle (partie inférieure de dalle préfabriquée et utilisée comme coffrage pour la partie supérieure). Voir pondeuse de brique.

Coques en béton armé

Il s’agit de tous les ouvrages en béton à surfaces non planes, cela concerne par exemple des silos, des réservoirs, des toitures. Les coques peuvent être armées d’une seule nappe d’armatures située au milieu ou bien de deux nappes, une sur chacune des faces.

Les type d’armature

Il y a huit (8) différents types de barre d’armature ou fer a beton communement utilisés. Les différents types de barres d’armature en acier ou fer a béton sont :