L'association du béton et de l'acier

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Boman

Par Boman

Mise à jour le 30-06-2011

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Les conditions de résistance d'un élément en béton armé supposent que les armatures ne glissent pas à l'intérieur du béton. C'est le phénomène d'adhérence qui empêche ou limite ces glissements. Cette propriété physique permet la transmission des efforts et un fonctionnement rationnel : le béton suit alors les armatures dans leurs déformations.

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Plan du document :

 

I. Le phénomène d'adhérence

     1. Définition de l'adhérence
     2. Essai d'arrachement d'une barre scellée
     3. Facteurs influant sur l'adhérence

 

II. Comportement du béton et de l'acier : La fissuration

 

III. Ancrages

     1. Ancrage droit d'une barre droite
     2. Ancrage par courbure des barres tendues

 

IV. Jonction des barres : Recouvrement

     1. Objectif et principe
     2. Jonction des barres tendues rectilignes
     3. Jonction de barres tendues avec crochets normaux aux extrémités
     4. Jonction de barres comprimées
     5. Recouvrement des treillis soudés
     Autres procédés de recouvrement

 

 

I. Le phénomène d'adhérence

 

1. Définition de l'adhérence

Les conditions de résistance d'un élément en béton armé supposent que les armatures ne glissent pas à l'intérieur du béton. C'est le phénomène d'adhérence qui empêche ou limite ces glissements.

Cette propriété physique permet la transmission des efforts et un fonctionnement rationnel : le béton suit alors les armatures dans leurs déformations. Les justifications que nous effectuerons en ELU (A6 du BAEL) porteront sur :

• la limitation de l'entraînement des armatures de façon à ne pas endommager le béton les entourant, 

• les ancrages des extrémités de barres, 

• les jonctions 

• les recouvrements 

• les coutures des barres

La transmission des efforts du béton aux armatures s'effectue par le phénomène d'adhérence mais aussi par la courbature que l'on pourra donner aux barres. 

 

 

2. Essai d'arrachement d'une barre scellée

a. Description du dispositif expérimental et résultats 

Il s'agit d'éprouver en traction une barre d'acier entourée par une éprouvette de béton avec le dispositif expérimental suivant : 

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b. Analyse des résultats

Dans le cas des ronds lisses, l'étude expérimentale conduit à supposer qu'il se forme dans le béton, sous l'action de F, une série de cônes emboîtés les uns dans les autres et sensiblement inclinés à 45° sur l'axe de la barre. L'enveloppe de ces cônes décrit une surface cylindrique.

Les cônes sont assimilés à des bielles articulées qui tendent à coincer la barre. L'égalisation des déformations du béton et de l'acier est rendue possible par ce phénomène. L'adhérence est donc assimilable à un phénomène de frottement.

 

Pour qu'il y ait formation de ces cônes, il faut que les barres soient suffisamment enrobées par le béton. Les bielles ainsi créées forment des sortes de cliquets réagissant par frottement. Deux cas peuvent se produire:

• les efforts inclinés à 45° sont insuffisants : il y a rupture d'adhérence car l'effort F dans la barre ne peut pas être équilibré et la barre glisse dans le béton qui ne peut s'y opposer. 

• l'effort F génère dans la barre des contraintes qu'elle ne peut supporter : il y a rupture de l'acier car la résistance en traction de la barre est épuisée. 

 

Dans le cas des barres à haute adhérence, le comportement du béton est identique. Le béton entre les créneaux et les verrous s'oppose au glissement par l'intermédiaire des efforts à 45° mais lorsque le glissement est en mesure de s'amorcer, ces créneaux et verrous le bloquent.

 

3. Facteurs influant sur l'adhérence

L'adhérence est favorisée par : 

• l'état de surface des aciers : l'adhérence est améliorée lorsque la barre possède des nervures en saillies ou lorsque sa surface est rugeuse. 

• la qualité du béton d'enrobage : en particulier le dosage et les conditions de vibration qui influent sur la compacité

• les soins apportés à la mise en oeuvre : il faut éviter par exemple que les gros granulats empêchent, par une création de voûte, la pâte de béton d'enrober les armatures. Il faut donc veiller à obtenir une bonne plasticité et une bonne vibration.

 

4. Contrainte d'adhérence

 

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II. Comportement du béton et de l'acier : La fissuration

 

 Du point de vue mécanique, le béton est caractérisé par sa faible capacité d'allongement et sa faible résistance en traction. L'acier est donc utilisé dans les zones tendues. Son allongement sous l'effet des tractions entraîne donc la fissuration du béton tendu.

Nous verrons, plus loin, que si ce dernier est négligé dans les calculs, il n'en reste pas moins présent. Nous pouvons décomposer le comportement du béton armé en zone tendue en 4 phases:

> Voir schéma

 

Lorsque nous sommes en phase 3, soit en phase courante et si nous avons utilisé des aciers ronds lisses, nous remarquerons que les fissures sont larges car elles prennent en compte l'allongement de l'acier glissant dans le béton. Par contre, dans le cas d'armatures à haute adhérence, les fissures seront fines et étroitement espacées. Cela résulte des multiples points d'ancrages constitués par les crénelures qui égalisent la distribution des contraintes.

Nous nous attacherons à limiter la fissuration pour des raisons : 

• d'étanchéité et d'imperméabilité 

• l'aspect des ouvrages 

• de durabilité à cause du risque de corrosion des armatures 

Il faudra donc limiter la contrainte admissible en traction des aciers, disposer judicieusement les armatures en utilisant autant que possible des barres de petit diamètre et en les enrobant de façon optimale dans le béton. 

Le règlement précise que les dispositions a) et b) sont nettement plus défavorables que les dispositions c) et d) qui assurent une meilleure répartition des fissures (article A.4.5,323 du BAEL).

 

 

III. Ancrages

 

1. Ancrage droit d'une barre droite

Une barre est dite "ancrée" lorsque l'effort F de traction exercé sur cette barre est entièrement équilibré par l'adhérence entre le béton et l'acier dans la zone d'ancrage.

Par définition, nous désignerons par ls la longueur de scellement droit, c'est à dire la longueur d'une barre de diamètre φ capable d'équilibrer avec une contrainte d'adhérence τsu, l'effort F provoquant dans cette barre une contrainte de traction égale à la limite élastique de l'acier fe.

 

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IV. Jonction des barres : Recouvrement

 

1. Objectif et principe

Les armatures trouvées dans le commerce ayant une longueur limitée, il est parfois nécessaire pour certains éléments de plus grande longueur, d'utiliser plusieurs barres. Pour établir la continuité entre les barres, nous effectuerons un recouvrement, c'est à dire que nous ferons chevaucher les barres sur une longueur lr , dite longueur de recouvrement.

Cette longueur sera donc la longueur nécessaire pour assurer la transmission des efforts qui sollicitent l'armature. Il faut assurer la continuité mécanique au niveau du recouvrement en mobilisant l'adhérence et le frottement du béton sur l'armature.

 

2. Jonction des barres tendues rectilignes

 

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3. Jonction de barres tendues avec crochets normaux aux extrémités

 

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4. Jonction de barres comprimées

Les jonctions de barres susceptibles d'être comprimées sont obligatoirement rectilignes. Si la barre est toujours comprimée, si elle ne fait pas partie d'un paquet de 3 barres et si les entre axes des barres en jonction sont au plus égaux à 5 fois leur diamètre, nous pourrons considérer que :

lr = 0.6ls

Pour les armatures de couture, il faudra se reporter au chapitre sur les poteaux en compression centrée.

 

5. Recouvrement des treillis soudés

(voir article A.6.2)

 

6. Autres procédés de recouvrement

Nous pourrons souder les barres bout à bout ou effectuer une soudure par recouvrement mais nous pourrons aussi utiliser des manchons sous réserve d'essais probants.

 

 

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Les avis sur cet article
samitovitche
un document très riches et claires merci pour le partage
Par

samitovitche

- le 20 Octobre 17h01
Rabe
C'est un très bon document, les explications sont très claires
Par

Rabe

- le 25 Juin 13h18
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