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Comme le bton arm, le bton prcontraint asso-cie bton et armatures, mais il sen diffrencie defaon fondamentale dans son principe. En 1928,Eugne Freyssinet eut lide gniale qui rvolu-tionna le monde de la construction en permettantau bton de ne travailler quen compression. Ilvenait dinventer le bton prcontraint.

Il dfinissait ainsi la prcontrainte : Prcontraindreune construction, cest la soumettre avant applica-tion des charges des forces additionnelles dter-minant des contraintes telles que leur compositionavec celles qui proviennent des charges donne entout point des rsultantes infrieures aux contrain-tes limites que la matire peut supporter indfini-ment sans altration.

La prcontrainte, en effet, a pour but de soumettrele bton lors de sa fabrication des contraintes pr-alables permanentes de compression. Une foislouvrage en service, ce gain en compression vasopposer aux contraintes de traction cres par lescharges appliques louvrage (poids propre,charge dexploitation, charge climatique, etc.). Lebton, matriau qui prsente une faible rsistance la traction, se trouve ainsi utilis au mieux de sespossibilits en ne travaillant quen compression.

La prcontrainte est applique au bton grce des cbles de prcontrainte en acier. Ces cblessont tendus par des vrins de prcontrainte.

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2.6 Le bton prcontraint

Lorsque lon tend les cbles, ils vont par ractionappliquer un effort de compression au bton.Lintensit de la prcontrainte mettre en uvredpend videmment des tractions auxquelles ilfaudra sopposer et des raccourcissements instan-tans et diffrs du bton.

La prcontrainte permet la ralisation douvragessoumis des contraintes importantes (ponts ourservoirs de grande capacit) aussi bien que d-lments qui, tout en tant de faible paisseur, doi-vent assurer des portes relativement longues(dalles-planchers, poutres). Elle est lorigine deprogrs considrables pour lutilisation du btondans les ouvrages dart et les structures coules enplace ou ralises partir dlments prfabriqus.

La prcontrainte peut tre applique au bton : soit par pr-tension (mise en tension des aciersavant coulage du bton) ;

soit par post-tension (mise en tension de cblesaprs durcissement du bton).

NotaSelon lEurocode 2, le procd de pr-contrainte consiste appliquer des forces la structure en bton par la mise en tensiondarmatures par rapport llment enbton. Le terme prcontrainte est utilisglobalement pour dsigner lensemble deseffets permanents de ce procd qui com-portent des efforts internes dans les sec-tions et des dformations de la structure.

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2.6.1 - Principe du bton prcontraint

Le bton rsistant mieux en compression quentraction, le but de la prcontrainte est dobtenir despices qui ne travailleront qu la compression. Lesforces de traction engendres par les chargesappliques louvrage viendront en dduction desforces de compression cres par la mise en ten-sion des cbles de prcontrainte.

Soit par exemple une poutre en bton arm surdeux appuis simples. Si on la soumet une charge,elle se dforme. La section transversale, au droit de lapplication de la charge se trouve comprime la fibre suprieure et tendue la fibre infrieure.Lorsque la charge est trop forte, des fissures apparaissent la partie infrieure de la poutre.Supprimons dans cette poutre larmature de

traction classique pour la remplacer par une gainecourbe suivant la dforme de la poutre et conte-nant des cbles de prcontrainte. En tirant sur lescbles, on comprime la poutre. Dans la sectiontransversale, la fibre suprieure va se tendre et lafibre infrieure se comprimer.

Lors dun chargement, les efforts de traction vien-nent alors en dduction des efforts de compressioncrs par la prcontrainte et toutes les fibres res-tent comprimes. Cette poutre pralablementcomprime supportera sans dommage les chargesqui provoqueraient la rupture dune poutre enbton arm de mmes dimensions et porte. Il estpossible de dterminer leffort de prcontraintencessaire pour que la poutre soit toujours compri-me quelles que soient les charges appliques. Enralit, dans les grosses poutres, il y a de nom-breuses gaines. La disposition exacte des cbles etleur nombre dpendent de nombreux paramtres(dimensions et forme de la poutre, charges sup-porter, etc.). Leur position releve vers les extr-mits est destine amliorer la rsistance leffort tranchant.

2.6.2 - Prcontrainte par post-tension

La prcontrainte par post-tension est ralise pardes armatures (cbles ou torons) mises en tensionaprs coulage du bton lorsquil a acquis une rsis-tance mcanique suffisante (pour lui permettre desupporter les efforts de compression auxquels il estalors soumis).

Aprs coulage et durcissement du bton, lescbles de prcontrainte sont enfils dans des gai-nes et des ancrages qui sappuient sur louvrage enbton comprimer, mis en tension laide devrins et bloqus tendus dans les ancrages. Lescbles transmettent leur tension au bton et letransforment en bton prcontraint. Il existe deux types de prcontrainte par post-ten-sion : intrieure au bton ; extrieure au bton.

Chapitre Dimensionnement des structures en bton2

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NotaLes ancrages de prcontrainte constituentun organe essentiel puisquils permettentdassurer le maintien de leffort de pr-contrainte dans les armatures aprs la miseen tension.Dans la plupart des systmes de pr-contrainte, le blocage des armatures par rap-port lancrage est obtenu par frottement(clavetage dans une pice conique).

2.6.3 - Prcontrainte par pr-tension ou prcontraintepar fils adhrents

Une poutre est prcontrainte par pr-tension lorsquela mise en tension des aciers de prcontrainte esteffectue avant le btonnage de la poutre. Ces pou-tres sont fabriques sur un banc de prfabrication .

Les armatures de prcontrainte sont enfiles dansdes coffrages lintrieur des cages darmaturespassives et sont positionnes grce des gabaritsmtalliques percs faisant galement office de cof-frage dabout.

Les armatures de prcontrainte (fils ou torons) sonttendues avant btonnage (dans des bancs de pr-contrainte de plus de 100 m de longueur) laidede vrins entre deux massifs dancrage. Le btonfrais est coul au contact des armatures. Lorsquil aacquis une rsistance suffisante (la monte enrsistance peut tre acclre par traitement ther-mique), on libre la tension des fils (par relche-ment des vrins), qui se transmet au bton paradhrence et engendre par raction sa mise encompression (les fils dtendus veulent reprendre

NotaLa prcontrainte extrieure prsente denombreux avantages, notamment lall-gement des structures par rduction dessections, la facilit de mise en uvre etsurtout les possibilits de remplacementdes cbles endommags ou de renforce-ment de structures soumises des char-ges accrues.

La mise en prcontrainte par post-tension est rali-se par la succession des tapes suivantes : des conduits (les plus utiliss sont des gaines )sont positionns lintrieur du coffrage (pr-contrainte intrieure) ou lextrieur (pr-contrainte extrieure) avant btonnage ;

les armatures sont enfiles dans les conduitsaprs btonnage ;

les armatures sont tendues leurs extrmits pardes vrins qui prennent appui sur le bton de lapoutre et ancres par des systmes dancra-ges; la tension des armatures se transmet aubton et le comprime ;

le contrle de la tension des cbles est effectupar mesure de leur allongement (lallongementtant proportionnel leffort de traction exercsur les cbles Le calcul de lallongement ducble doit tenir compte des diffrentes pertes detension, par frottement, par dformations instan-tane ou diffre du bton ou par rentre desancrages) ;

les vrins sont ensuite dmonts et les exc-dents de cbles coups ;

les conduits sont enfin injects par un coulis deciment (ou parfois par des cires ou des graisses)afin de protger les armatures de prcontraintede la corrosion.


leur longueur initiale, mais leur adhrence au btonempche ce raccourcissement et leffort quil a falluexercer pour les tendre se transmet au bton).

Cette technique est uniquement applique laprfabrication : elle permet de raliser des pou-trelles, des poteaux, des poutres, des dalles alvo-les, des prdalles, etc.

2.6.4 - Armatures de prcontrainte

Les armatures de prcontrainte sont en acier haute rsistance. Elles se prsentent sous forme defils, de torons, de barres ou de cbles. Elles peu-vent tre intrieures au bton : pr-tendues et adhrentes ; post-tendues et adhrentes ou non.Elles peuvent aussi tre extrieures au bton etrelies la structure au niveau des ancrages et desdviateurs uniquement.

Les torons

Les torons sont un assemblage de plusieurs fils (lefil est produit par dformation froid (trfilage)dun fil machine).

Torons 3 fils : 3 fils enrouls sur un axe thoriquecommun (utilisation en prcontrainte par pr-ten-sion uniquement).

Torons 7 fils : 6 fils disposs en hlice autour dunfil central dun diamtre plus important.

Les torons sont caractriss par leur nombre de fils(et la section du fil) et leur diamtre. Les classes dersistance des torons sont : 1670, 1770, 1860 et1960 MPa. Les caractristiques des torons les pluscourants sont donnes dans le tableau ci-dessous.

Ils sont dfinis par leur force garantie de rupture(FRG) qui varie selon la classe de lacier.

Les cbles

Les cbles sont constitus de plusieurs torons enacier haute rsistance pour bton prcontraint. Lagamme des cbles stend des cbles monotoronsaux cbles de trs grande puissance comportantjusqu 55 torons.

Les units les plus courantes, pour la prcontraintelongitudinale, sont les units 12 ou 13 T15 S (compo-ses de 12 ou 13 torons T15 S) pour la prcontrainteintrieure et 19 T15 S pour la prcontrainte ext-rieure.

Un cble est dfini par le type et le nombre detorons et la classe de rsistance.


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Dsignation Classe MPa Diamtre (mm) Section (mm2)T 13 1860 12.5 93

T 13 S 1860 12.9 100

T 15 1860 15.2 139

T 15 S 1860 15.7 150

Tableau 17 : caractristiques des torons de prcontrainte


2.6.5 - Conduits pour prcontraintepar post-tension

Il existe plusieurs types de conduits dans lesquelssont disposs les cbles : gaine (mtallique) nervure en feuillard : pais-seur du feuillard : 0,3 0,6 mm diamtre 25 130 mm;

tube rigide en acier paisseur 1,5 2 mm; gaine nervure en PEHD; tube en PEHD.La gaine en feuillard est la plus courammentemploye en ouvrage dart.

Les conduits, ncessaires uniquement en post-ten-sion, ont pour rle de : mnager un passage continu du cble de pr-contrainte selon le trac et la position prvue lorsdu dimensionnement de louvrage ;

rsister aux sollicitations lors de linstallation, lamise en tension (pression localise, abrasion) etlinjection (tanchit, pression dinjection) ;

transmettre les efforts par adhrence (dans le casde la prcontrainte intrieure) ;

assurer une protection mcanique de larmature etune enveloppe (tanchit) du coulis dinjection.

La section du conduit est gale 2 2,5 fois la sec-tion de larmature afin de permettre son remplis-sage.

2.6.6 - Injection des conduits de prcontrainte

Linjection avec des coulis de ciment des cbles deprcontrainte a pour objectif de protger les aciersde prcontrainte contre les agents corrosifs ext-rieurs. En vitant tout contact entre les armatureset leau ou lair humide, le coulis de ciment consti-tue une barrire permanente contre la corrosion,du fait de la passivation des armatures. Il garantit laprennit de la prcontrainte et donc de louvrage.Cependant, linjection est une opration dlicate raliser en raison des tracs fortement onduls descbles et de leur grande longueur.

Le coulis, pour assurer convenablement la satisfac-tion des exigences, doit tre inject de tellemanire que la gaine soit entirement remplie. Ilne doit pas prsenter de phnomne de sgrga-tion pendant linjection et pendant la priode avantla prise. Il est adjuvant, ce qui optimise ses carac-tristiques rhologiques et lui confre une fluiditadapte aux mthodes dinjection et une duredinjectabilit matrise.

La fabrication du coulis se fait par malaxage dans desmalaxeurs haute turbulence ou des turbomalaxeurs.

Les essais et contrles effectuer sur les coulis deciment portent sur : la composition chimique des constituants qui nedoit pas rvler la prsence dlments agres-sifs ;

la fluidit du coulis qui doit tre maintenuedurant une priode en accord avec les conditionsde mise en uvre ;

la stabilit du coulis avant prise ;

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labsorption capillaire dtermine sur coulis durci diverses chances ;

la rsistance mcanique en flexion et en com-pression ;

le temps de dbut et de fin de prise (sur plage detemprature dutilisation).

Les spcifications sur les coulis visent leur conf-rer un maintien de la fluidit et de lhomognitpendant plusieurs heures, pour une matrise de ladure dinjectabilit et pour une reproductibilitdes caractristiques pendant toute la dure duchantier.

La mthode traditionnelle consiste raliser lin-jection par pompage une extrmit avec mise lair de lvent lextrmit oppose et ouverture,au passage du coulis, des vents intermdiairessitus aux points hauts du conduit.

Aprs linjection de la totalit de la gaine et miseen pression du conduit 0,5 MPa, on procde lapurge des capots dancrage et des vents, puis au

cachetage des ttes dancrages afin dviter touteinfiltration deau jusquaux ancrages.

Les coulis de ciment base de constituants de qua-lit, dont les formulations sont optimises, offrentdes performances stables. La rglementationactuelle permet, grce la procdure davis tech-nique base sur une srie dessais pertinents, decontrler parfaitement la chane de fabrication etdinjection du coulis et den garantir la qualit et laprotection efficace des cbles de prcontrainte.

2.6.7 - Proprits des armatures de prcontrainte

Les proprits des armatures de prcontrainte sont dfinies dans larticle 3.3 de la norme NF EN 1992-1-1.

Les armatures de prcontrainte (fils, torons et bar-res) sont dfinies en fonction des caractristiquessuivantes : rsistance, dcrite par la valeur de la limite d-lasticit conventionnelle 0,1 % (fp0,1k), par lerapport de la rsistance en traction la limite d-lasticit conventionnelle (fpk / fp0,1k) et par lallon-gement sous charge maximale (uk) ;

classe indiquant leur comportement vis--vis dela relaxation ;

section ; caractristiques de surface.

Le diagramme contrainte dformation fait lob-jet de la figure 3.10 de larticle 3.3.6.Pour le dimensionnement des sections, lune oulautre des hypothses suivantes peut tre faite : branche incline, avec une limite de dforma-tion ud ;

branche suprieure horizontale, sans limite pourla dformation.

Larticle 5.10 de la norme NF EN 1992-1-1 prcisetoutes les donnes relatives aux forces de pr-contrainte et aux pertes de prcontrainte instanta-ne et diffre prendre en compte pour ledimensionnement. Les forces de prcontrainte


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durant la mise en tension sont limites par lacontrainte maximale de larmature et par une com-pression limite dans le bton.

NotaLes dispositions constructives relatives auxarmatures et aux gaines de prcontraintesont dfinies dans larticle 8.10.1 de lanorme NF EN 1992 partie 1-1.

2.6.8 - Domaines dutilisation du bton prcontraint

Le bton prcontraint est utilis pour de nombreuxouvrages.

Les ponts : ponts pousss ; ponts en encorbellement voussoirs pr-fabriqus ;

ponts en encorbellement couls en place, ponts poutres ; ponts haubans ; PSI-DP Passages suprieurs ou infrieurs dalle prcontrainte ;

VI-PP Viaducs traves indpendantes poutres prcontraintes ;

PR-AD Poutres prcontraintes par adh-rence*.

Les structures off-shore Les structures industrielles Les rservoirs (deau, dhydrocarbures) et les silos Les enceintes de racteurs nuclaires Les btiments industriels, commerciaux ou agricoles :

poutres*, poutrelles*; dalles alvoles de planchers*; prdalles*; poutres et poteaux pour ossatures.

NotaDans le domaine du btiment, la pr-contrainte par post-tension, bien quemoins courante, est utilise pour des pou-tres de grande porte ou pour des dallesde planchers de section relativementmince par rapport leur porte : parkings,btiments industriels ou commerciaux.

*Prcontrainte par pr-tension.

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Documents

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