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Le béton armé est un matériaumatériau de constructionconstruction composite, constitué de béton et de barres d'acieracier, appelées armaturesarmatures. L'acier, avec sa grande résistance à la traction, compense la faible résistance du béton à ce type de sollicitation, tandis que le béton protège l'acier de la corrosioncorrosion. Cette combinaison permet de créer des structures solidessolides et durables, capables de supporter de lourdes charges et de résister à diverses contraintes mécaniques.
Historique du béton armé
L'idée d'utiliser des éléments métalliques pour renforcer le béton remonte à l'Antiquité, mais c'est au milieu du XIXe siècle que le concept de béton armé moderne a été développé. En 1849, le jardinier français Joseph Monier dépose un brevet pour des jardinières et des bassins en cimentciment renforcé par des fils de ferfer. Par la suite, plusieurs inventeurs et ingénieurs, tels que François Coignet et Joseph-Louis Lambot, contribuent à l'amélioration de la technique.
C'est cependant l'ingénieur français François Hennebique qui, à la fin du XIXe siècle, pose les bases du béton armé moderne en mettant au point un système de calcul des efforts et en déposant plusieurs brevets. Ses réalisations, comme le premier immeuble en béton armé à Paris en 1898, marquent le début de l'utilisation massive de ce matériau dans la construction.
À l'origine, qu'est-ce le béton ?
Le béton est un matériau de construction composite, obtenu en mélangeant du ciment, de l'eau, des granulats (sablesable et gravier) et éventuellement des adjuvantsadjuvants pour améliorer ses propriétés. Il se présente sous forme d'une pâte plus ou moins fluide qui, après séchage et durcissement, forme une massemasse solide et résistante.
Le ciment, qui est le liant du béton, est un matériau pulvérulentpulvérulent obtenu à partir de la cuisson d'un mélange de calcairecalcaire et d'argileargile. Lorsqu'il est mélangé à l'eau, il forme une pâte qui durcit progressivement en réagissant chimiquement avec l'eau. Les granulats, quant à eux, assurent la résistance mécanique et la stabilité dimensionnelle du béton.
Parmi les avantages du béton, on peut citer sa résistance à la compression, sa durabilitédurabilité, sa facilité de mise en œuvre, sa capacité à être moulé dans différentes formes et sa faible conductivité thermiqueconductivité thermique. Toutefois, il présente également des inconvénients, tels qu'une faible résistance à la traction, une sensibilité à la corrosion des armatures en acier et un impact environnemental important, notamment en termes d'émissionsémissions de gaz à effet de serregaz à effet de serre liées à la production de ciment.
Armer le béton, pourquoi faire ?
Le béton est un matériau qui présente une excellente résistance à la compression, c'est-à-dire qu'il peut supporter de lourdes charges verticales sans se déformer ni se briser. Cependant, il a une faible résistance à la traction, ce qui signifie qu'il se fissure et se déforme facilement lorsqu'il est soumis à des efforts de traction ou de flexionflexion.
Pour pallier cette faiblesse, on utilise des armatures en acier dans le béton, créant ainsi le béton armé. L'acier, avec sa grande résistance à la traction, compense la faible résistance du béton à ce type de sollicitation. Les barres d'acier sont disposées stratégiquement pour reprendre les efforts de traction et de flexion, tandis que le béton continue d'assurer la résistance à la compression.
En plus de renforcer la résistance mécanique du béton, les armatures en acier améliorent également sa ductilitéductilité, c'est-à-dire sa capacité à se déformer sans se rompre brutalement. Cette propriété est particulièrement importante pour les structures soumises à des charges dynamiques, telles que les ponts, les tunnels et les bâtiments situés dans des zones sismiques.
Enfin, le béton armé offre une meilleure durabilité, car l'acier est protégé de la corrosion par le béton qui l'entoure. Cette protection est assurée par la forte alcalinité du béton, qui crée une couche passive sur la surface de l'acier, empêchant ainsi la corrosion de se propager.
Fabrication du béton armé
Le mode de sollicitation de l'ouvrage, la maîtrise de la mécanique des milieux continus et de la résistance des matériaux, la compréhension des phénomènes physiquesphysiques créant des efforts sur l'ouvrage, relèvent du métier d'ingénieur en béton armé. La fabrication du béton armé implique plusieurs étapes. Lors de la conception, ingénieurs et architectesarchitectes conçoivent les plans de la structure en tenant compte des contraintes mécaniques, des charges à supporter et des réglementations en vigueur. Ils déterminent l'emplacement, la taille et la disposition des armatures en acier. Puis le béton est préparé en mélangeant du ciment, de l'eau, des granulats (sable et gravier) et éventuellement des adjuvants pour améliorer ses propriétés. Le dosagedosage des différents composants est crucial pour obtenir un béton de qualité, résistant et durable. Vient ensuite la mise en place des armatures. Les barres d'acier, généralement en forme de treillis ou de cages, sont positionnées dans les coffrages, qui servent de moule pour le béton. Elles doivent être correctement ancrées et espacées pour assurer une bonne répartition des efforts et une adhérence optimale avec le béton.
Le béton est alors coulé dans les coffrages, autour des armatures, c'est une étape importante où il faut veiller à ce que le béton enrobe bien les barres d'acier et qu'il n'y ait pas de vides ni de bulles d'airair, qui pourraient affaiblir la structure. Pour éliminer les bulles d'air et assurer un bon enrobage des armatures, le béton est vibré à l'aide d'une aiguille vibrante ou d'une table vibrante. Le séchage et le durcissement du béton prend pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines, avant de pouvoir supporter les charges. Cette phase, appelée prise, est cruciale pour le développement des propriétés mécaniques du béton. Une fois le béton durci, les coffrages sont retirés et la structure est découpée et finie selon les besoins.
Différents types de béton armé
Il existe différents types de béton armé adaptés à des applicationsapplications et des contraintes spécifiques. Ils se distinguent par la nature des armatures utilisées, leur disposition et leurs propriétés mécaniques. En voici quelques exemples :
- Béton armé classique : il s'agit du type de béton armé le plus courant, dans lequel des barres d'acier (appelées armatures passives) sont disposées dans le béton pour reprendre les efforts de traction et de flexion. Les armatures peuvent être lisses ou nervurées pour améliorer l'adhérence avec le béton.
- Béton armé précontraint : dans ce type de béton armé, les armatures sont tendues avant la mise en place du béton, créant ainsi une compression initiale dans le béton. Cette précontrainte permet de réduire les fissurations et les déformations du béton sous charge, et d'améliorer sa résistance. Les armatures peuvent être des câbles, des barres ou des torons en acier à haute résistance. On distingue deux méthodes de précontrainte : la précontrainte par post-tension et la précontrainte par pré-tension.
- Béton armé de fibres : dans ce cas de figure, des fibres sont ajoutées au mélange de béton pour améliorer sa résistance à la traction et sa ductilité. Les fibres peuvent être en acier, en polymère, en verre ou en carbonecarbone. Elles sont généralement courtes et réparties de manière homogène dans le béton. Le béton armé de fibres est souvent utilisé pour les dalles, les revêtements de solrevêtements de sol, les tunnels et les ouvrages de génie civil.
- Béton armé à ultra-hautes performances (BHP ou UHPFRC en anglais) : il s'agit d'un type de béton armé caractérisé par une très haute résistance à la compression (supérieure à 150 MPa) et une excellente ductilité. Les BHP sont obtenus en optimisant la composition du béton et en ajoutant des fibres métalliques ou synthétiques. Ils sont utilisés pour des applications spécifiques, telles que les ponts, les coques de navires et les éléments préfabriquéspréfabriqués.
