Béton armé

une combinaison de béton et d’armature en acier qui sont réunis en une seule pièce et qui travaillent ensemble dans une structure. Le terme « béton armé » est fréquemment utilisé comme nom collectif pour les éléments structurels et les produits en béton armé. L’idée de combiner dans le béton armé deux matériaux aux propriétés extrêmement différentes repose sur le fait que la résistance à la traction du béton est nettement inférieure (d’un facteur 10-20) à sa résistance à la compression. Par conséquent, le béton d’une structure en béton armé est destiné à supporter des contraintes de compression, et l’acier, qui présente une résistance à la traction ultime élevée et est introduit dans le béton sous forme de tiges de renforcement, est principalement utilisé pour supporter des contraintes de traction. L’interaction de ces différents matériaux est extrêmement efficace: lorsque le béton durcit, il adhère fermement à l’armature en acier et le protège de la corrosion, car un milieu alcalin est produit lors du processus d’hydratation du ciment. Le caractère monolithique du béton et de l’armature résulte également de la proximité relative de leurs coefficients de dilatation linéaire (7,5 × 10-6 à 12 × 10-6 pour le béton et 12 × 10-6 pour l’armature en acier). Les propriétés physico-mécaniques de base de l’armature en béton et en acier sont pratiquement inchangées lors de variations de température comprises entre -40 ° et 60 ° C, ce qui rend possible l’utilisation du béton armé dans toutes les zones climatiques.

La base de l’interaction entre le béton et l’armature en acier est la présence d’adhérence entre eux. L’importance de l’adhérence ou de la résistance au déplacement de l’armature dans le béton dépend de l’engagement mécanique dans le béton de protubérances spéciales ou de zones inégales de l’armature, des forces de frottement de la compression de l’armature par le béton résultant de son retrait (réduction de volume lors du durcissement à l’air), et des forces d’interaction moléculaire (agglutination) de l’armature avec le béton. Le facteur d’engagement mécanique est décisif. L’utilisation de renforts en barres dentelées et de cadres et filets soudés, ainsi que la disposition des crochets et des ancrages, augmente l’adhérence de l’armature au béton et améliore leur fonctionnement en commun.

Les dommages structurels et la réduction notable de la résistance du béton se produisent à des températures supérieures à 60 ° C. Une exposition à court terme à des températures de 200 ° C réduit la résistance du béton de 30% et une exposition à long terme la réduit de 40%. Une température de 500 à 600 ° C est la température critique pour le béton ordinaire, à laquelle le béton se brise à la suite de la déshydratation et de la rupture du squelette de pierre de ciment. Par conséquent, l’utilisation de béton armé ordinaire à des températures supérieures à 200 ° C n’est pas recommandée. Le béton résistant à la chaleur est utilisé dans les unités thermiques fonctionnant à des températures allant jusqu’à 1700 ° C. Une couche protectrice de béton de 10 à 30 mm d’épaisseur est prévue dans les structures en béton armé pour protéger l’armature de la corrosion et du chauffage rapide (par exemple, lors d’un incendie), ainsi que pour assurer son adhérence fiable au béton. Dans un environnement agressif, l’épaisseur de la couche protectrice est augmentée.

Le retrait et le fluage du béton sont d’une grande importance dans le béton armé. Du fait de l’adhérence, l’armature empêche le retrait libre du béton, entraînant l’apparition de contraintes initiales de traction dans le béton et de contraintes de compression dans l’armature. Le fluage dans le béton provoque la redistribution des offres dans les systèmes statiquement indéterminés, une augmentation des affaissements dans les composants en cours de flexion et la redistribution des contraintes entre le béton et les armatures dans les composants comprimés. Ces propriétés du béton sont prises en compte dans la conception de structures en béton armé. Le retrait et la faible extensibilité limite du béton (0.15 mm / m) provoquent l’apparition inévitable de fissures dans la zone élargie des structures sous des charges de service. L’expérience montre que dans des conditions de fonctionnement normales, des fissures jusqu’à 0,3 mm de large ne réduisent pas la capacité de support et la durabilité du béton armé. Cependant, une faible résistance à la fissuration limite la possibilité d’améliorer encore le béton armé et, en particulier, l’utilisation d’aciers à haute résistance plus économiques comme armatures. La formation de fissures dans le béton armé peut être évitée grâce à la méthode de précontrainte, au moyen de laquelle le béton dans les zones élargies de la structure subit une compression artificielle par précontrainte mécanique ou électrothermique de l’armature. Les structures en béton armé auto-stressées, dans lesquelles la compression du béton et l’expansion de l’armature sont obtenues à la suite de l’expansion du béton (fabriqué avec du ciment dit d’étirement) lors d’un traitement spécifique température-humidité, constituent un développement ultérieur du béton armé précontraint. En raison de ses indices techniques et économiques élevés (utilisation rentable de matériaux à haute résistance, absence de fissures et réduction des dépenses de renforcement), le béton armé précontraint est utilisé avec succès dans les structures de support des bâtiments et des ouvrages d’art. Une lacune fondamentale du béton armé, de poids élevé par volume, est éliminée dans une large mesure par l’utilisation de béton léger (avec des charges poreuses artificielles et naturelles) et de béton cellulaire.

L’utilisation extensive du béton armé dans la construction moderne résulte de ses avantages techniques et économiques par rapport aux autres matériaux. Les structures en béton armé sont ignifuges et durables et ne nécessitent pas de mesures de protection spéciales contre les influences atmosphériques destructrices. La résistance du béton augmente avec le temps; et l’armature n’est pas soumise à la corrosion, car elle est protégée par le béton environnant. Le béton armé a une capacité de support élevée et supporte bien les charges statiques et dynamiques, y compris les charges sismiques. Les structures et les éléments de structure aux formes extrêmement diverses et à la grande expressivité architecturale sont relativement faciles à créer avec du béton armé. Le contenu de base du béton armé est constitué de matériaux communs — pierre concassée, gravier et sable. L’utilisation de béton armé préfabriqué permet une hausse significative du niveau d’industrialisation de la construction. Les éléments structurels sont fabriqués à l’avance dans des usines bien équipées et seul l’assemblage des composants finis avec un équipement mécanisé est effectué sur les chantiers de construction. Ainsi, des taux élevés de construction de bâtiments et de structures, ainsi que des économies de dépenses monétaires et de main-d’œuvre, sont assurés.

Le début de l’utilisation du béton armé est généralement associé au jardinier parisien J. Maunier, qui a obtenu un certain nombre de brevets en France et dans d’autres pays pour des inventions utilisant du béton armé. Son premier brevet, pour une cuve à fleurs faite d’une grille métallique recouverte de mortier de ciment, date de 1867. En fait, les structures en béton avec armature en acier ont été construites encore plus tôt. Le béton armé n’a commencé à jouer un rôle notable dans la technologie de la construction de la Russie, de l’Europe occidentale et de l’Amérique qu’à la fin du 19ème siècle. Un grand crédit pour le développement du béton armé en Russie est dû au professeur N. A. Beleliubskii, sous la direction duquel un certain nombre de structures ont été construites et des tests ont été effectués sur divers éléments structurels en béton armé. Au début du 20ème siècle, d’éminents scientifiques russes — professeurs I. G. Maliuga, N. A. Jitkevich, S. I. Druzhinin et N. K. Lakhtin – a travaillé sur les questions de la technologie du béton, des opérations en béton et en béton armé, et de la conception des structures en béton armé. Des conceptions originales proposées par les ingénieurs N. M. Abramov et A. F. Loleit sont apparues. La centrale hydroélectrique de Volkhov a été la première grande structure en Union soviétique à être réalisée en béton et en béton armé; elle a servi d’école pratique importante pour les spécialistes soviétiques du béton armé. Au cours des années suivantes, le béton armé a été utilisé en quantités toujours croissantes. Des réalisations importantes dans le développement de la théorie de la conception structurelle en utilisant ce nouveau matériau de construction ont contribué à l’expansion de la production de béton armé. La méthode progressive de conception structurelle du béton armé en termes de stade d’effondrement, qui a été développée par les scientifiques soviétiques A. A. Gvozdev, la. V. Stoliarov, V. I. Murashev et d’autres, basés sur les propositions de A. F. Loleit, ont commencé à être utilisés en URSS en 1938. Cette méthode a été largement développée dans la conception de structures en béton armé pour des états limites. Les réalisations de l’école soviétique de la théorie du béton armé ont reçu une reconnaissance universelle et sont utilisées dans la plupart des pays étrangers. La poursuite de l’amélioration du béton armé et l’expansion des domaines de son application sont liées à la conduite d’un large éventail d’opérations de recherche scientifique. Des augmentations significatives du niveau technique du béton armé sont attendues grâce à la réduction de son poids par volume, à l’utilisation de béton et d’armatures à haute résistance, au développement de méthodes de conception structurelle du béton armé pour des influences extérieures complexes et à une augmentation de la durabilité du béton armé sous l’influence d’un milieu corrosif.