Eléments en béton armé Etudions le principe de fonctionnement de quelques éléments de béton armé dans une structure courante : - Poutre Dalle Poteau Fondations A – Les Poutres Une poutre en béton armé est généralement soumise à de la flexion : - Fibres supérieures comprimées - Fibres inférieures tendues Livrons-nous à une série d’expériences de rupture de poutre à la flexion : Poussons à la rupture une poutre de béton en flexion sans armature. Pour une faible charge : F = 6 000 N, la rupture interviendra brutalement. La forme même de la rupture nous montre que cette dernière provient d’une insuffisance du béton à la traction. Nous allons remédier à cette insuffisance en plaçant des barres d’acier en zone inférieure (aciers longitudinaux), là où se développent les contraintes de traction. (exemple de section : 4 HA20 = 12,57cm²) Armée d’aciers longitudinaux en partie tendue, la poutre présente une résistance grandement améliorée : F = 70 000 N (12 fois plus) Ce sont des fissures inclinées, près des appuis, qui vont brusquement s’ouvrir et provoquer la rupture de la poutre… Ce type de fissure est dû à l’ effort tranchant (ou cisaillement). Pour empêcher ce type de rupture, nous allons concevoir une 3ème poutre possédant en plus des armatures transversales (cadre) Ainsi armée (aciers longitudinaux + aciers transversaux), la poutre aura encore une résistance améliorée). La rupture intervient à F = 110 000 N (18 fois plus) De manière à stabiliser les armatures, on place des aciers de construction dans les zones de la poutre où il n’y a pas d’acier longitudinaux : Aciers de construction en haut si présence d’aciers longitudinaux en bas et réciproquement… Les poutres peuvent être préfabriquées (en usine ou sur le chantier), on prévoit alors des aciers de levage. Ces aciers de levage sont des aciers lisses : ils se déforment davantage avant la rupture et cette rupture est moins brusque qu’avec les aciers haute adhérence (HA). Exemple d’une poutre préfabriquée avec aciers de levage Bilan des différents types d’aciers : 1 - Les aciers longitudinaux : Ces aciers reprennent les efforts de traction amenés par la flexion. Ces aciers sont calculés en fonction des efforts (cours de BA…). Les aciers longitudinaux sont parfois appelés aciers principaux ou de résistance. 2 - Les aciers transversaux : Ces aciers reprennent l’ effort tranchant. Ils sont généralement constitués de cadres, d’épingles ou d’étriers. Les aciers transversaux ainsi que leur espacement sont également calculés. 3 - Les aciers de construction : Ces aciers permettent de rigidifier la cage d’armatures et de permettre le levage de celle-ci. Ces aciers ne sont pas calculés. Ils sont également appelés acier de montage 4 - Les aciers de levage : Ils permettent de lever les éléments de béton ou les très lourdes cages d’armatures. Ils sont en aciers lisses. 5 - Les aciers de liaison : Ils permettent de transmettre les efforts entre les différents éléments de la structure… Dispositions constructives L’enrobage : Les aciers doivent être protégés des agressions extérieures et ne doivent pas gêner le remplissage du béton. Il faut pour cela respecter une distance d’enrobage c (ou e). L’enrobage varie selon l’agressivité du milieu : 1, 3 ou 5 cm. Longueur de recouvrement : Lorsqu’une barre d’acier n’est pas assez longue, on prolonge avec une autre barre. Pour que l’effort puisse se transmettre d’une barre à une autre, il est nécessaire de « recouvrir » les barres sur une certaine longueur dite longueur de recouvrement. Cette longueur vaut 50 Φ pour de l’acier courant Fe 500 MPa Poutre : exemple de plan de ferraillage Coupe en élévation Section rabattue Nomenclature B – Les Dalles Tout comme les poutres, les dalles sont des éléments qui sont soumis à de la flexion (une dalle n’est autre qu’une poutre très large…) En zone tendue, plutôt que de placer des barres sur toute la surface de la dalle, on utilise des panneaux de Treillis Soudés (TS). Dans les bâtiments courants, il n’est pas nécessaire de mettre des aciers transversaux (cadre). De ce fait, on ne met pas d’acier de construction… Sens porteur Plusieurs lits Recouvrement. Sur le pourtour des trémies, on renforce avec des aciers. C – Les Poteaux Les poteaux des constructions classiques sont soumis à de la compression. Même si le béton résiste bien à la compression, on ajoute des aciers : - Pour participer à la résistance à la compression. - Risque de flambement NON Non armé -> des zones tendues apparaissent NON Arm. Longitudinales OUI Arm. Longitudinales + Cadres Dispositions constructives Il faut au moins 3 cadres pour assurer le recouvrement. Poteau : Exemple de plan de ferraillage D – Les Semelles de fondations L’effort de compression du poteau se transmet à la fondation par des bielles de compression inclinées. La résultante horizontale de ces bielles donnent 2 forces de sens opposés : de la traction (flèches vertes). D’où la nécessité de placer des armatures ! La disposition des aciers permet d’obtenir la liaison voulue Encastrement Liaisons des éléments de structure Des aciers de liaison permettent de relier les éléments de la structure ELU ELS Ils correspondent à la valeur maximale de la capacité portante, dont le dépassement équivaut à la ruine de la structure. Ils concernent les conditions de bon fonctionnement, d’utilisation et de durabilité des ouvrages. Limite de l’équilibre statique : (pas de renversement, pas de glissement). Limite de compression du béton : (contrainte de compression bornée par le règlement B.A.E.L). Limite de la résistance de chacun des Limite de déformation : matériaux : (limitation des flèches). (pas de rupture de sections critiques de la structure) Limite d’ouverture des fissures : (pour éviter la corrosion trop rapide des Limite de la stabilité de forme : aciers) (pas de flambement) CLASSIFICATION DES CHARGES SELON BAEL CHARGES PERMANENTES G CHARGES VARIABLES Poids propre des superstructures Charges exploitation Equipement fixe Cloison plâtre Revêtement Etanchéité Carrelage Enduit Mobilier Personnes Charges climatiques Température Neige Vent Charges accidentelles Choc Séisme explosion Q
