BÉTON

Utilisation du béton dans les structures

L'utilisation la plus courante du béton dans les constructions est le béton armé. Celui-ci est utilisé pour la construction de bâtiments, d'usines, de réservoirs et de silos de petite capacité, de ponts de petite portée, de routes, d'ouvrages de fondation...

Dans ce matériau, les armatures métalliques reprennent les efforts de traction, apportent la ductilité (déformations importantes avant rupture) et le béton reprend les efforts de compression et protège les armatures de la corrosion. Si l'on prend l'exemple d'une poutre sollicitée en flexion (fig. 1), sa partie supérieure est soumise à de la compression et sa partie inférieure à de la traction. Les armatures de flexion sont donc placées dans le bas de la poutre. Des armatures transversales, perpendiculaires en général aux armatures de flexion, sont également nécessaires pour reprendre les efforts de traction liés à l'effort tranchant.

Dans le béton armé, les armatures sont sollicitées par le béton qui transmet les contraintes. L'adhérence entre les armatures et le béton est donc un paramètre clé du comportement des structures en béton armé. Contrairement à ce que le nom suggère, l'adhérence est due à un frottement entre l'armature et le béton. Les armatures dites haute adhérence (H.A.) ont, grâce aux nervures de leur surface, un frottement plus important que les armatures dites rondes lisses. La limite d'élasticité des armatures H.A. est égale à 500 MPa.

Enfin, la fissuration du béton armé est normale mais doit être maîtrisée, notamment pour des questions de durabilité. L'Eurocode 2 (norme EN 1992-1-1) permet de dimensionner les structures en béton armé pour obtenir la maîtrise de cette fissuration et se prémunir du risque de rupture des structures.

Lebéton précontraint est un autre exemple d'application du matériau béton (fig. 2). Dans ce matériau, des câbles métalliques tendus grâce à des vérins prennent appui sur la structure à précontraindre et compriment le béton. L'objectif est de supprimer autant que possible les tractions dues aux charges et la fissuration du béton. Les câbles de précontrainte sont constitués par des torons, des fils ou des barres en acier à haute limite élastique disposés à l'intérieur de gaines ou de tubes métalliques ou plastiques. Ces aciers ont des résistances à la rupture de l'ordre de 1 800 à 2 000 MPa.

D'un point de vue technologique, la précontrainte est mise en œuvre de deux manières : par pré-tension et par post-tension. Dans la précontrainte par pré-tension, les câbles sont tendus sur un banc de préfabrication avant que le béton ne soit coulé directement au contact des armatures. Après durcissement du béton, les câbles sont coupés à l'extrémité des poutres. Ils se raccourcissent alors et, par adhérence, le béton est comprimé. Ce procédé permet la fabrication industrielle en grande série d'éléments préfabriqués standardisés, tels que les poutrelles et les prédalles de bâtiment. La précontrainte par post-tension est obtenue par l'action de câbles, disposés dans des gaines, mis en tension postérieurement au coulage du béton et après que celui-ci a acquis une résistance suffisante lui permettant d'être mis en compression. Après mise en tension, les gaines sont injectées sous pression avec un mortier de ciment afin de protéger les câbles en acier contre la corrosion. Ce mode de précontrainte est utilisé dans les ponts de moyenne et grande portée, les enceintes de centrales nucléaires et, de façon générale, lorsque les forces à mettre en jeu sont importantes.

Il existe enfin des cas dans lesquels le béton n'est pas armé : ce sont les barrages-poids et les routes (il y a cependant aussi des chaussées en béton armé continu). L'application du béton[...]