Beton Chapitre 1

 

BETON  

Chapitre I

Meguenni K. 

MATERIAUX « Béton et Acier » I. 1 DEFINITIONS Le béton est un matériau de construction solide et durable que l’on peut mouler en des formes très variées : massifs de fondation, barrages, éléments de charpentes (poutre, dalles, poteaux) et coques minces de formes divers. Le béton est formé de granulats enrobés dans une pâte d’eau de c iment qui s’est solidifiée selon une réaction d’hydratation d’hydrat ation précise. 

I. 2 LES COMPOS COMPOSANTS ANTS DU BETON La composition du béton a pour but de déterminer les proportions de ses divers constituants. Les principaux constituants des bétons sont : -  le ciment -  l’eau de gâchage  -  les granulats -  les adjuvants

I. 2. 1 Ciment Le ciment est défini par l’indication de sa catégorie (Portland, alumineux,…) et de sa classe de résistance (325, 400,…) qui est la résistance résistance à la compression simple mes mesurée urée à 28 jours d’âge sur des éprouvettes en mortier normalisées. Exemple :

C.P.A : Ciment Portland Artificiel (sans constituants secondaires). C.P.J : Ciment Portland composé composé (pouvant contenir de laitiers , de pouzzolanes, de cendres volantes, et de fillers).   C.L.K : Ciment de Laitier au Clinker.

En pratique, on utilise le C.P.J 32.5 et 42.5.

I. 2. 2 Eau de gâchage L’eau de gâchage est la quantité d’eau totale ajoutée au mélange sec du béton. Elle est nécessaire pour : - l’hydrat l’hydratation ation du liant  - le mouillage des granulats - la facilité de mise en place du béton. béton. L’eau de gâchage doit être propre  ; on utilise de préférence l’eau de robinet, ro binet, l’eau de puits ou l’eau de pluie. La quantité d’eau introduite dans la composition du béton influe sur sa résistance et son ouvrabilité La quantité d’eau optimale dans un mélange est calculé par rapport à la quantité de ciment  utilisé (le rapport Eau /Ciment moyen = 0.4 ).

I. 2. 3 Sable Le sable est constitué par des grains fins (< 5 mm ). Il peut être naturel ( lit de rivière, riv age de llaa mer, …) ou artificiel ( obtenu par broyage des roches dures, exemple: granit, quartzite, ). - 

On classe les sables en trois (03) catégories. les fins, dont la grosseur des éléments est comprise entre 0 et 0.5 mm

___________________________ _ 1  (2015/2016 ) __________________________ __________________________________________________ 2015/2016) __________________________________________________

 

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les moyens, dont la grosseur des éléments est comprise entre 0.5 et 2 mm les gros, dont la grosseur des éléments est < 5 mm En général, un sable pour béton armé devra contenir :

moins de 5% en poids d’éléments très fins (< 1/ 5 mm )   de 20% à 35% en poids d d’éléments ’éléments fins (< 0. 5 mm )   de 50% à 70% en poi poids ds d’élément d’élémentss moyens (< 2. 5 mm )  

I. 2. 4 Granulats Les granulats (ou agrégats), sont des matériaux inertes inertes (sables, gravillons, cailloux) provenant de roches naturelles ou artificielles utilisées telles quelles ou concassées. Ils représentent 60 à 80% du volume du béton et influencent fortement ses propriétés, le dosage et le coût des mélanges. Les granulats sont constitués par des grains rocheux dont la grosseur est comprise entre 5 et 25 mm ( 3-8 et 15-25). On distingue: -  matériaux roulés : extraits de lit de rivière. -  matériaux concassés : extraits par concassage des roches (aspect anguleux et arêtes vives).

I. 2. 5 Adjuvants En poudre ou en liquide, ils sont incorporés au début, en cours ou en fin de malaxage d'un béton ( en général moins du poids du ciment ) pour modifier les propriétés du mélange à l'état frais ou durci. Ils sont classés selon l’action principale qui les définit. On peut citer : -  les fluidifiants (réducteurs d’eau).   Les accélérateurs de prise (diminue le temps de prise du mélange en période période hivernale.) - Le retardateur de de prise (augmente considérablement considérablement llee temps temps de prise des des mortiers ou des bétons mis en œuvre par temps chaud).

Exemple d’une composition d’un béton d’un béton

___________________________ _ 2  (2015/2016 ) __________________________ __________________________________________________ 2015/2016) __________________________________________________

 

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I. 2. 6 Résistance du béton béton est défini par la valeur d dee s résistance à la Pour l’établissement des projets, dans les cas courants, un béton ƒ cc28 compression à l’age de 28 jours dite valeur caractéristique requise, notée  ƒ  28  . Lorsque les sollicitations s’exercent sur un béton dont l’age l’age à j jours (en cours d’exécution) est inférieur à 28, on se réfère à la résistance  ƒ   cj cj obtenue au jour considéré.

Pour j ≤ 28 :

f cj

=

f cj

=

 j

 f  

 pour   f   c 28

 40 Mpa

 f    pour   f   c 28 1.40  0.95j c 28

 40 Mpa

4.67  0.83j c 28  j

 

La valeur de ƒ   cj cj= 1.1  ƒ   ƒ cc28 28 pour j ≥ 60  cj est conventionnellement égale à ƒ cc28 28 pour 28≤j≤60, et prendre ƒ   cj

a/ Résistance caractéristiques en compression « ƒ   cjcj » Cette résistance (ƒ cjcj en Mpa) est obtenue par un grand nombre d’essais de compression jusqu’à rupture sur une éprouvette de de béton normalisée 16x32 cm2  ( environ 200 cm2) cylindrique á 3, 7 ou 28 jours. Pour le choix de la valeur de  ƒ c28 c28  on peut considérer que : - 20 Mpa sont facilement atteints sur les chantiers convenablement outillés ;

H=32

D=16

- 25 Mpa sur les chantiers faisa nt l’objet d’un contrôle régulier;  - On peut obtenir 30 Mpa dans toutes les régions à condition, de choisir cho isir convenablement les matériaux et d’établir la composition du béton ; - On peut atteindre des des résistances supérieures en en en choisissant rigoureusement les matériaux utilisés.

b/ Résistance caractéristique á la traction La résistance á la traction du béton est beaucoup plus faible que sa résistance á la compression FT = 1/10 FC ) . On peut déterminer FT par :

(

Essai direct ( essai difficil )

L’essai consiste consiste à sceller deux barres d’acier dans une éprouvette, et procéder par arrachement. Essai indirect ( essai brésilien et essai á la flexion)

  Essai par fendage ( essai brésilien)



L’essai consiste à écraser un cylindre c ylindre de béton entre les plateaux d’une presse.     Essai par flexion



L’essai consiste a appliquée une charge concentrée ( au milieu ) sur une poutre de section transversale carrée.

3a

a

4a

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La résistance caractéristique caractéristique á la traction est conventionnellement définie par llaa relation empirique empirique ( en Mpa) suivante ( selon le B.A.E.L) :   Pour ƒ ccjj  < 60 Mpa :

ƒt = 0.6 + 0.06 ƒc  

  Pour ƒ ccjj   60 Mpa :

ƒt = 0.275 ƒc  

 

Exemple : pour  ƒ cc28 28 = 25 Mpa

28 = 2.1 Mpa → ƒ tt28

I. 2. 7 Caractéristiques physiques et m mécaniques écaniques du béton a / Masse volumique volumique

-

La masse volumique « ρ  »des bétons courants est compris entre 2200 et 2400 kg/m 3 volumique « γ » 22 et 24 kN/m3 ) .

(le poids

b/ Coefficient d’élasticité - 

Sous les contraintes normales d’une durée d’application inférieure á 24 heures, on a  : Le module de déformation longitudinale instantanée du béton « E ij».

Eij = 11000 (ƒ cj cj)1/3  - 

( Eij et ƒ cj cj en Mpa )

Sous les contraintes de longue durée d’application (les déformations différées du béton comprennent le retrait et le fluage). Le module de déformation longitudinale différée du béton « Evj» : permet de calculer la déformation finale du béton (déformation instantanée augmentée du fluage ). ).

Evj = 3700 (ƒ cj cj)1/3= Eij /3

( Evj et ƒcj en Mpa )

c/ Retrait Au cours de sa vie, le béton subit une variation de volume. Le retrait varie en fonction : - de l’état hygrométrique du milieu ambiant  - du dosage de ciment - de la qualité qualité d’ d’eau eau de gâchag gâchagee  d / Fluag Fluagee ( retrait sou souss charge )

L’expérience a montre que, lorsque le béton est conserv é en étant soumis á une compression, le retrait sera plus important : c’est le  fl u a g e . Le retrait sous charge dépend de la charge appliquée.

 )__________________________ __________________________________________________ ___________________________ _ 4  (2015/2016 2015/2016) __________________________________________________

 

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I. 3 Aciers L’acier  est un matériau très résistant. La résistance résistance utile de l’acier, en compression et en traction, est de l’ordre de 10 fois la résistance à la à  la compression des bétons (et de 100 fois leur résistance à la traction). L’acier, d’autre part, est un matériau coûteux, coû teux, comparé au béton. On fait une bonne combinaison des deux matériaux en utilisant le béton pour résister aux efforts de compression, et l’acier pour les contraintes de traction.  traction.  On distingue quatre types d’acier pour armature, du moins au plus au  plus écroui :   Les sans traitement traitement thermique ayant une une valeur caractéristique de llaa limite élastique garantiea/de 125 aciers ou 235doux,  MPa. Ce sont les ronds lisses (noté φ), qui ne sont plus utilisés que pour faire des crochets de levage en raison de leur tr`es grande déformation à la rupture (allongement de 22%). b/ Les aciers laminés à chaud, naturellement durs, dit aciers à haute adhérence de type I. Ce type d’acier a une limite d’élasticité d’ élasticité garantie de 400 MPa et un allongement à la rupture de 14%. c/  Les aciers laminés laminés à chaud et écrouis avec faible réducti réduction on de section (par traction-torsion), dits aciers à haute adhérence de type II. Ce type d’acier a une limite d’élasticité d’ élasticité garantie de 500 MPa et un allongement à la rupture de 12%. d/  Les aciers laminés laminés à chaud par tréfilage (forte (forte réduction de section), fortement écrouis, u utilisés tilisés pour fabriquer les treillis soudés et fils sur bobines. Ce type d’acier a une limite d’ d’élasticité élasticité garantie de 500 MPa et un

allongement à la rupture de 8%. On pourra retenir que l’action de l’é l’ écrouissage est d’augmenter la limite d’élasticité d’ élasticité en faisant disparaître le palier de plasticité p lasticité,, et de diminuer d iminuer l’allongement à la rupture (plus fragile). Les quatre types d’acier ont le même comportement élastique, donc un même module de Young de  Es = 210 000 MPa.

I. 3. 1 Diagramme contraintes- déformations

Le diagramme contraintes (  s) – déformations ( s) d’essai de traction sur les différents types d’acier  d’armature  

e 

Le diagramme contraintes (  s) – déformations ( s) d’essai de traction conventionnel  -10 ‰ 

-fe /Es 

e /Es 

10 ‰ 

- e 

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I. 3. 2 Aciers disponibles Les armatures pour bêton armé sont constituées cons tituées par des aciers qui se distinguent par leur nuance et leur état de surface, on trouve : - Les ronds lisses (aciers doux) - Les armatures à haute adhérence - Les treillis soudés a/ Ronds lisses C’est un acier qui n’a subit aucun traitement thermique,   il présente une surface lisse. Ce sont des aciers doux ; leur résistance est moyenne, ils sont souples et élastiques. Pour ce type, il existe deux (02) nuances :

Nuance

 ƒ e (MPa)

FeE 215

215

b/ Armatures à haute adhérence

FeE 235

235

Nuance

Fe (MPa)

FeE 400

400

FeE 500

500

Leur surface présente des reliefs ( crantage, crénelures, stries, nervures en hélice, hélice, …) qui améliorent ll’adhérence ’adhérence de la barre  au béton. Ces aciers sont très résistants, mais peu souples. Pour ce type, on a:

c/ Treillis soudés Les treillis soudés sont constitués de fils crantés ou lisses soudés en deux nappes orthogonales avec des intervalles constants ; Leur diamètre varie entre 4 et 12 mm. Ils sont généralement utilisés pour le ferraillage des pièces « à deux dimensions » ( dalles, voiles, radiers, etc... ).

I. 4 LES AVANTAGE AVANTAGES S ET INCONVENIENTS DU BET BETON ON AR ARME ME -  -  -  -  -  -  -  -  -  - 

Les avantages du béton armé peuvent se résumer ainsi: facilite d’emploi, et disponibilité du matériau ; grande variété de formes possibles ; absence d’assemblages  économies dues à l’emploi d’une main-d’œuvre non spécialisée  pour plusieurs étapes de sa mise en œuvre ; absence d’entretien des ouvrages finis. Quant aux inconvénients, on peut citer : son poids ; brutalité des accidents ; temps de durcissement relativement long ; exécution peu précise ; difficulté de reprise des ouvrages en cas de transformation. transformation.

I. 5 ASSOCIATION BETON-ACIER L’association béton L’association bé ton-acier -acier est efficace pour les raisons suivantes : - Le béton résiste à la compression - L’acier résiste à la traction - L’acier adhère au béton, ce qui permet per met une bonne transmission des efforts entre les matériaux matériaux   - il n’y a pas de réaction chimique entre l’acier l’a cier et le béton béton ;  ; aussi le béton protège protège l’acier contre la corrosion la  corrosion -6 - Le coefficient de dilatation dilatation des deux matériaux est prati pratiquement quement le même ( 10 . 10 ). 

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