Fiche Technique Sur BA BP

COLLECTION

TECHNIQUE

C I M B É TON

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Les ouvrages en béton :durabilité, dimensionnementet esthétique

FICHES TECHNIQUES

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FICHES TECHNIQUES

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Cimbéton et ses experts souhaitent, à travers Les Fiches techniques,contribuer à l’enrichissement des connaissances sur le béton, matériau àl’origine des formes nouvelles et de la diversité de l’architecturecontemporaine. Conseils et compétences, tels en ont été les objectifs,pour les acteurs de l’acte de bâtir que sont :

– les maîtres d’œuvre ;– les entreprises ;– les industriels du béton ;– les contrôleurs techniques ;– les enseignants ;– les chercheurs et étudiants.

Les Fiches techniques seront déclinées sous la forme de quatre tomesdistincts.

Le tome 1, dont le titre est Les constituants des bétons et des mortiers,traite plus particulièrement :

– des ciments et de leurs normalisations ;– des constituants des bétons et des mortiers ;– du contexte normatif des bétons.

Le tome 2 intitulé Les bétons : formulation, fabrication et mise en œuvreaborde :

– les mortiers et coulis ;– les bétons courants ;– les bétons à nouvelles performances.

Le tome 3 développe « les ouvrages en bétons » et plus particulièrement:– la durabilité des ouvrages en béton ;– le dimensionnement des structures en béton ;– la maîtrise esthétique des parements.

Le tome 4, en terme de conclusion termine l’ensemble des Fiches tech-niques par « les applications des bétons » :

– applications dans le domaine du génie civil ;– applications dans le domaine du bâtiment ;– applications dans le domaine de la route.

Les Fiches techniques présentent des données essentielles relatives auxciments et aux bétons dans leur diversité, pour mieux faire connaître lesimmenses possibilités constructives des bétons, en constante évolution.Le béton, moulable à volonté, matériau de création, présente unegrande variété d’aspect de surface, d’expression colorée, permettantainsi une multitude de volontés architecturales. Le béton, matière d’ar-chitecture, relève à chaque fois les défis d’exception, de performancesstructurelles, d’aspect de surface et de dimensionnement.

Avant-propos


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� 1 - Durabilité des ouvrages en béton 7

1.1 Notions de durabilité des béton 8

1.2 Phénomènes influents sur la durabilité 12

1.2.1 - Mécanismes de corrosion des armatures en acier dans le béton 12

1.2.2 - Action des eaux agressives 14

1.2.3 - Mécanismes développés par le gel et les sels de déverglaçage 15

1.2.4 - Phénomène d’alcali-réaction 18

1.2.5 - Actions de l’eau de mer sur le béton 19

1.2.6 - Phénomène de gonflement interne sulfatique 21

1.3 Recommandations pour la durabilité des bétons 22

1.3.1 - Recommandations pour la prévention contre les phénomènes

d’alcali-réaction 22

1.3.2 - Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis

au gel 23

1.3.3 - Fascicule de documentation FD P 18-011 25

1.3.4 - Recommandations pour la prévention des désordres liés aux

réactions sulfatiques internes 26

� 2 - Dimensionnement des structures en béton 31

2.1 Les Eurocodes 32

2.1.1 - Présentation générale des Eurocodes 32

2.1.2 - Transposition nationale des Eurocodes 34

2.1.3 - Eurocode 0 35

2.1.4 - Eurocode 1 40

2.2 L’Eurocode 2 (Eurocode béton) 42

2.2.1 - Eurocode 2 partie 1-1 42

2.2.2 - Eurocode 2 – partie 1-2 50

2.2.3 - Eurocode 2 – partie 2 51

2.2.4 - Eurocode 2 – partie 3 51

Sommaire

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2.3 Le béton armé 52

2.3.1 - Pourquoi armer le béton? 52

2.3.2 - Principes du calcul du béton armé 52

2.3.3 - Caractéristiques du béton 54

2.3.4 - Actions et combinaisons d’actions 55

2.3.5 - Modélisation d’une structure 57

2.3.6 - Éléments de dimensionnement pour les éléments courants 58

2.3.7 - Dispositions constructives pour les armatures 60

2.4 Les armatures pour béton armé 62

2.4.1 - Différents types d’armatures 62

2.4.2 - Désignation des armatures 63

2.4.3 - Caractéristiques des aciers 64

2.4.4 - Liaison acier béton adhérence 66

2.4.5 - Propriétés pour le dimensionnement 67

2.4.6 - Certification des aciers et des armatures 69

2.5 L’enrobage des armatures 71

2.5.1 - Incidence de la qualité de l’enrobage 71

2.5.2 - Enrobage minimal et enrobage nominal 71

2.5.3 - Philosophie de l’enrobage selon l’Eurocode 2 72

2.5.4 - Enrobage minimal selon l’Eurocode 2 73

2.5.5 - Processus de détermination de l’enrobage nominal

suivant l’Eurocode 2 73

2.6 Le béton précontraint 77

2.6.1 - Principe du béton précontraint 78

2.6.2 - Précontrainte par post-tension 78

2.6.3 - Précontrainte par pré-tension ou précontrainte par fils adhérents 79

2.6.4 - Armatures de précontrainte 80

2.6.5 - Conduits pour précontrainte par post-tension 81

2.6.6 - Injection des conduits de précontrainte 81

2.6.7 - Propriétés des armatures de précontrainte 82

2.6.8 - Domaines d’utilisation 83

2.7 BA-CORTEX 84

� 3 - Maîtrise esthétique des parements 85

3.1 Qualité esthétique des parements 86

3.1.1 - Qualité esthétique des parements 86

3.1.2 - Différents types de parements 88

3.1.3 - Caractérisation des parements 89

3.1.4 - Aspect de surface et appréciation des parements 89

3.1.5 - Protection des parements 90

3.1.6 - Entretien des parements 90


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3.2 Teintes et textures des parements 91

3.2.1 - Teintes des parements 91

3.2.2 - Textures des parements 92

3.2.3 - Facteurs influençant la teinte des parements 92

3.2.4 - Facteurs influençant la texture des parements 95

3.3 Traitements et animations des surfaces des parements 97

3.3.1 - Principaux traitements de surface 97

3.3.2 - Moules et matrices de coffrage 99

3.3.3 - Calepinages 101

3.3.4 - Matérialisation des joints 102

3.3.5 - Différenciation des traitements de surface 102

3.3.6 - Jeux de lumière 102

3.3.7 - Incrustations et motifs sculptés 103


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Chapitre1 Durabilité des ouvrages

en béton

1.1 Notions de durabilité des béton

1.2 Phénomènes influents sur la durabilité

1.3 Recommandations pour la durabilitédes bétons

01 t3 G 12 chapitre 1 FAB:01 t3 G 12 chapitre 1 1/12/08 16:50 Page 7

Un ouvrage doit résister au cours du temps auxdiverses agressions ou sollicitations (physiques,mécaniques, chimiques…) c’est-à-dire aux chargesauxquelles il est soumis, ainsi qu’aux actions diver-ses telles que le vent, la pluie, le froid, la chaleur, lemilieu ambiant… tout en conservant son esthétisme.Il doit satisfaire, avec un niveau constant, les besoinsdes utilisateurs au cours de sa durée de service.

La durabilité de l’ouvrage caractérise sa capacité àconserver les fonctions d’usage, pour lesquelles il aété conçu (fonctionnement structurel, sécurité,confort des usagers), et à maintenir son niveau defiabilité et son aspect esthétique dans son environ-nement, avec des frais de maintenance et d’entre-tien aussi réduits que possible (sous réserve de lamise en œuvre d’une maintenance préventive pro-grammée).

La durabilité du maintien de ses fonctions doit êtreassortie d’une durée, temps minimal et raisonnablepour lequel l’ouvrage est conçu, qui est appelé ladurée de service de l’ouvrage (ou durée d’utili-sation de projet). La prise en compte de cette dura-bilité permet de valider et de justifier la rentabilitéde l’investissement.

La durabilité directement liée à l’environnementimmédiat ou futur des ouvrages et partie d’ou-vrage est aujourd’hui le paramètre important àconsidérer pour optimiser la résistance des bétonsaux influences externes : intempéries, agressivitédes sols, atmosphères chimiquement agressives.

La seule durabilité intrinsèque du béton ne suffitplus à garantir la durée de service de l’ouvrage.Prescrire un béton durable nécessite donc d’appré-cier, dès sa conception, l’ensemble des contraintesenvironnementales, des agressions et des attaquespotentielles, qu’il aura à subir pendant toute sadurée de service, et de respecter et mettre enœuvre les recommandations en vigueur.

Il convient de ne pas assimiler la durabilité d’unproduit de construction à celle de l’ouvrage. Eneffet, il est inutile de formuler un béton intrinsè-quement durable, si sa mise en œuvre au sein dela structure n’est pas conforme aux règles de l’artet si les diverses sollicitations auxquelles il est sou-mis n’ont pas été correctement appréciées, ce quiconduirait à ce que l’ouvrage ne remplisse pasdurablement sa fonction pendant sa durée de ser-vice requise.

Chapitre • Durabilité des ouvrages en béton1

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1.1 Notions de durabilité des bétons


La durabilité d’un ouvrage dépend de nombreuxparamètres dont la qualité de sa conception, laqualité des matériaux et des produits utilisés, laqualité des dispositions constructives, de la réalisa-tion de l’ouvrage et de la mise en œuvre des pro-duits ainsi que des diverses conditions d’usage,d’exploitation et de maintenance.

Pour s’assurer de cette durabilité, pendant long-temps, les bétons ont été spécifiés en considérantles performances mécaniques requises à 28 joursassociées éventuellement à un dosage minimumen ciment. Pour la construction d’une structure,seules les exigences de résistance et de comporte-ment en service étaient prises en compte. Unbéton performant ayant en principe un dosage cor-rect en ciment et une bonne compacité, ces deuxprescriptions pouvaient effectivement garantir unecertaine durabilité du matériau béton.

Aujourd’hui, la durabilité est appréhendée enconsidérant un ensemble de propriétés dont, biensûr, la résistance mécanique à 28 jours. Les autrescaractéristiques prises en compte visent à assurerl’adéquation entre les propriétés physico-chimiques

du béton et les contraintes qui s’appliquent à l’ou-vrage. Les caractéristiques à prescrire pour garantirla pérennité des ouvrages sont désormais pluscomplètes et plus précises.

La notion de durabilité d’un ouvrage se traduit parun ensemble de spécifications techniques baséessur des méthodes d’essais directes ou indirectes,sur l’expérience et sur des préconisations de miseen œuvre, de fabrication et d’entretien.

Il est possible désormais de définir des objectifs dedurabilité et de choisir avec précision les caracté-ristiques du béton en fonction de l’agressivité dumilieu dans lequel se trouve l’ouvrage et d’optimi-ser ses caractéristiques afin de les adapter à ladurée de service souhaitée. Les spécificationsconcernent la nature et le dosage minimal enciment, la compacité minimale, la valeur maximaledu rapport Eau/Ciment, l’enrobage minimal desarmatures et la teneur maximale en chlorures dansle béton.

Les connaissances actuelles sur les ciments et lesbétons permettent d’optimiser et d’adapter encoremieux la composition et la formulation des bétonsaux contraintes environnementales auxquelles ilsseront soumis, tout en respectant les critères deperformances mécaniques.

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Les ciments actuels répondent aux exigences desemplois usuels ; les milieux qui présentent desagressions spécifiques nécessitent le recours à desciments présentant une caractéristique particulièredu fait de leur composition. C’est ainsi qu’en pré-sence d’un facteur agressif pouvant entraîner la dis-solution de la portlandite (par exemple l’eau pure),on préférera des ciments conduisant à une faibleteneur en portlandite. Vis-à-vis des agressionsdues aux milieux marins ou aux eaux sulfatées, onutilisera respectivement des ciments prise mer(PM) ou résistant aux eaux sulfatées (ES).

Un nouveau contexte normatif et réglementaireencadre désormais l’utilisation du matériau béton.Les normes et les recommandations constituent unensemble cohérent, homogène, logique et com-plet qui permet de prendre en compte, dès laconception, tous les critères de durabilité.

La norme NF EN 206-1 et les normes relatives auxproduits préfabriqués en béton intègrent cettenouvelle approche, en mettant à la disposition duprescripteur une définition d’un ensemble de clas-ses d’exposition pour prendre en compte l’envi-ronnement dans lequel se trouve l’ouvrage ainsique les risques d’agressions et d’attaques auxquelsil va être exposé pendant sa durée de service.

Cette évolution s’inscrit dans une logique de pro-grès visant à optimiser la qualité des bétons et àmaîtriser la durabilité des ouvrages.

Un béton durable est un béton compact (présentantune faible porosité) dont les constituants de qualitéont été bien choisis conformément aux normes.Cependant, quelles que soient les précautions pri-ses pour adapter et optimiser sa formulation, il nepourra assurer sa fonction durablement que si les« règles de l’art » ont été respectées lors de sa fabri-cation (malaxage efficace adapté à la formulation,respect des tolérances sur les constituants) et de samise en œuvre (vibration correcte, cure adaptée,prise en compte des conditions climatiques lors dubétonnage, retraits maîtrisés, respect des valeursd’enrobage des armatures, etc.). Pour obtenir ladurabilité spécifiée, il convient de respecter lesrecommandations ou les normes d’exécution desouvrages tels que le fascicule 65, le DTU 21, ou lesnormes des produits préfabriqués ainsi que lanorme NF EN 13369 pour les produits structuraux.


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NotaDe nombreuses recherches sont en courspour affiner les méthodes d’évaluation del’évolution des performances des bétonsafin de prévoir avec précision les durées deservice des ouvrages. Des travaux réalisésdans le cadre de l’Association Française deGénie Civil (AFGC) ont permis de définirune démarche basée sur l’utilisation d’indi-cateurs de durabilité. Parallèlement denombreux modes opératoires ont été misau point permettant de caractériser tant laperméabilité du béton que sa résistance àla migration d’éléments chimiques telsque le dioxyde de carbone et les chlorures.

NotaDes ouvrages ont été réalisés ces dernièresannées satisfaisant à un cahier des chargesexigeant une durée de service de 120 ans.Des indicateurs de durabilité ont été défi-nis (tels que la perméabilité à l’oxygène, ladiffusion des chlorures, la vitesse et pro-fondeur de carbonatation) et font l’objetd’une surveillance régulière.Une structure durable suppose aussi lerespect de l’enrobage des armatures etdes performances mécaniques répondantaux sollicitations qu’elle va subir pendantsa durée de service.L’Eurocode 2 définit pour les ouvragesstructurels, les règles pour déterminer lesenrobages en tenant compte en particulierde la classe d’exposition, de la compacitédu béton, du type d’armature et de ladurée de service prévue.

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Le dispositif normatif du béton

Structure béton

Normes dedimensionnement

Norme béton NF EN 206-1 Normes pour les produitspréfabriqués en béton

Normes sur les constituantsdu béton

Fasciculesde recommandations

Normesdʼexécution


1.2.1 - Mécanismes de corrosiondes armatures en acier dansle béton

Dans des conditions normales, les armatures enro-bées d’un béton compact et non fissuré sont pro-tégées naturellement des risques de corrosion parun phénomène de passivation qui résulte de lacréation, à la surface de l’acier, d’une pellicule pro-tectrice Fe2O3CaO (dite de passivation).

Cette pellicule est formée par l’action de la chauxlibérée par les silicates de calcium sur l’oxyde defer. La présence de chaux maintient la basicité dumilieu entourant les armatures (l’hydratation duciment produit une solution interstitielle basiquede pH élevé de l’ordre de 12 à 13). Les armaturessont protégées tant qu’elles se trouvent dans unmilieu présentant un pH compris entre 9 et 13,5.

Deux principaux phénomènes peuvent dans certai-nes conditions détruire cette protection et initier lacorrosion des armatures en acier :– la carbonatation du béton d’enrobage par l’ad-

sorption du gaz carbonique contenu dans l’at-mosphère ;

– la pénétration des ions chlorures, jusqu’au niveaudes armatures.

La plus ou moins grande rapidité d’action de cesdivers phénomènes est fonction de l’humiditéambiante, de la porosité du béton et de la présencede fissures qui favorisent la diffusion des gaz oudes liquides agressifs. Le diagnostic des ouvragesaffectés par une détérioration du béton d’enrobagerecouvrant les armatures révèle que les dommagessont dus, dans la grande majorité des cas, à uneépaisseur d’enrobage trop mince et/ou à un bétond’enrobage trop poreux et pas assez résistant.

Carbonatation

La carbonatation du béton par le gaz carbonique del’air (CO2) est un phénomène naturel qui n’est pasnocif pour le béton. Au cours de la prise et du dur-cissement, les ciments se combinent avec l’eaupour former des produits hydratés de caractèrebasique. Certains de ces produits [KOH, NaOH etCa(OH)2] restent dissous dans la solution aqueuseinterstitielle du béton (dont le pH est compris entre12 et 13). Le gaz carbonique contenu dans l’air atendance à se combiner avec les produits hydratés,en commençant par les bases alcalines dissoutesdans la solution aqueuse interstitielle, en particulierle Ca(OH)2, selon une réaction produisant du car-bonate de calcium CaCO3 :

Ca (OH)2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2H2O


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1.2 Phénomènes influents sur la durabilité


Le milieu basique (pH 12 à 13) se trouve progres-sivement modifié par la neutralisation de l’alcalinitédu ciment pour atteindre un pH de l’ordre de 9,n’assurant plus la protection des armatures etentraînant une dépassivation de l’acier (destructionde la couche de passivation), ce qui développe uneréaction d’oxydation à la surface des armatures.

La progression de la carbonatation se fait de l’ex-térieur de l’ouvrage, en contact avec l’air ambiant,vers l’intérieur. Dans un premier temps, la vitessede propagation est ralentie par la formation descarbonates qui colmatent partiellement la porosité.Elle diminue donc avec la profondeur atteinte.Dans un second temps, la carbonatation a pourconséquence une neutralisation (chute du pH de lasolution interstitielle) du milieu de protection desarmatures, qui peuvent alors s’oxyder. La cinétiquedu processus dépend de la teneur en dioxyde decarbone et de la facilité avec laquelle le gaz carbo-nique pénètre dans les pores du béton.

Cette progression est fonction de paramètres liésaux caractéristiques du béton (nature et dosage duciment, dosage en eau, porosité et perméabilité) etau milieu environnant. Plus le béton est compact,le dosage en ciment élevé, le rapport eau/cimentfaible et la résistance du béton élevée, plus la pro-gression du front de carbonatation est lente. Tout cequi conduit à diminuer la porosité du béton retardel’échéance de dépassivation des armatures.

L’humidité relative de l’air joue, en particulier, unrôle important : la vitesse de carbonatation estmaximale pour une humidité relative de l’ordre de60 %, pratiquement nulle en atmosphère sèche oupour des bétons complètement saturés en eau.

La cinétique et la profondeur de carbonatation d’unbéton sont donc fonction de sa composition, de sastructure poreuse, de la classe d’exposition et del’humidité relative dans laquelle est situé l’ou-vrage. Elle dépend aussi de la concentration endioxyde de carbone et de la température de l’at-mosphère environnant.

Pour un béton courant, l’épaisseur de la couchecarbonatée augmente proportionnellement à laracine carrée du temps.

De nombreuses études ont démontré que la migra-tion du dioxyde de carbone à travers la textureporeuse du béton est significativement réduitelorsque la compacité du béton d’enrobage est aug-

mentée. La porosité totale du béton et la distributionde la taille des pores sont les paramètres détermi-nants pour la diffusivité du dioxyde de carbone.

L’augmentation de la compacité est obtenue enparticulier en réduisant le rapport E/C. Ce rapportconditionne la perméabilité du béton donc l’inter-connexion du réseau poreux et par conséquent, lavitesse ainsi que la possibilité de diffusion des gazet des ions dans le béton. Une cure prolongée per-met d’augmenter la résistance du béton à la péné-tration du dioxyde de carbone en améliorant lespropriétés de surface du béton.

Action des chlorures

L’action des chlorures est spécifique à certains envi-ronnements dans lesquels peut se trouver le bétoncomme les ouvrages soumis aux sels de dévergla-çage ou situés en site maritime (zone de marnage,surfaces soumises aux embruns). Les ions chlorurespeuvent pénétrer par diffusion ou migrer parcapillarité à l’intérieur du béton, franchir la zoned’enrobage, atteindre les armatures, et provoquerdes corrosions (par mécanisme de dissolution dumétal suivant une réaction d’oxydoréduction :

métal ions métal Mn+ + n électrons),

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d’abord ponctuelle (corrosion par piqûres) puisgénéralisée à toute la surface de l’acier. La vitessede pénétration des chlorures dépend aussi de laporosité du béton. Elle décroît lorsque le rapporteau/ciment diminue.

La corrosion s’amorce dès que la teneur en chloru-res au niveau des armatures atteint un certain seuilde dépassivation. Ce seuil est fonction du pH de lasolution interstitielle et de la teneur en oxygène auniveau des armatures ; il est de l’ordre de 0,4 à0,5 % par rapport au poids du ciment. Il est atteintplus rapidement si le béton est carbonaté.

Effets de la corrosion

Le développement de la corrosion des armaturespeut provoquer par gonflement une poussée sur lebéton d’enrobage (les oxydes de fer étant plusvolumineux que l’acier, ils génèrent des contrain-tes internes dans le béton qui peuvent être supé-rieures à sa résistance en traction) et donc unealtération de l’aspect extérieur de l’ouvrage (écla-tements localisés, formations de fissures, forma-tions d’épaufrures, apparitions en surface de tracesde rouille et éventuellement mise à nu des arma-tures) entraînant une réduction de la section effi-cace de l’armature et de son adhérence au béton.

En règle générale, dans des milieux peu agressifsles enrobages et les caractéristiques des bétons(compacité, homogénéité, résistance) préconiséssont suffisants pour garantir la protection naturelledes aciers durant la durée de service escomptée del’ouvrage.

Toutefois, des défauts d’enrobage, des bétons malvibrés et de ce fait trop poreux, ou des milieux trèsagressifs, risquent de conduire à une dégradationprématurée de l’armature en acier.

1.2.2 - Action des eaux agressives

Un ouvrage peut être soumis à de multiples agres-sions engendrées par l’action des sels ou des gazen solution dans l’eau (eaux souterraines, eaux demer, pluie, etc.). Les eaux peuvent être chargéesen sels minéraux les plus divers en fonction dessols traversés. Les milieux les plus agressifs sontsoit acides, soit salins (chlorures, nitrates, et surtoutsulfates de sodium, de calcium ou de magnésium).

L’agressivité des milieux dans lesquels peuvent setrouver les ouvrages en béton est liée à la présenced’eau et à l’aptitude de celle-ci à réagir avec cer-tains minéraux de la matrice cimentaire du béton.


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En effet, les agents agressifs dissous dans l’eauconstituent une solution chimiquement agressivepour le béton qui peut provoquer plusieurs typesde phénomènes lorsque la formulation du bétonn’est pas optimisée.

Attaques acides

Le béton présente un caractère basique élevéinduit par les composés hydratés de la pâte deciment (la phase interstitielle contenue dans lebéton a un pH très élevé). Il peut donc présenterune certaine réactivité vis-à-vis des solutions aci-des telles que les pluies acides, les eaux naturelleschargées en dioxyde de carbone, les eaux rési-duaires, les eaux des industries agroalimentairesou industrielles contenant des acides organiques,les eaux chargées en acides minéraux, mais aussiles eaux pures.

Lixiviation

Dans une structure en béton exposée à l’airambiant, l’eau ne s’évapore que sur une épaisseurlimitée à quelques centimètres.

Les pores sont saturés lorsque le béton est encontact de manière prolongée avec l’eau. Des ionsen provenance du milieu extérieur peuvent alorstransiter, dans la phase liquide interstitielle dubéton. En fonction de la nature des éléments chi-miques qui pénètrent dans le matériau, il peut enrésulter des réactions chimiques de dissolution/précipitation et donc une lixiviation progressivedes hydrates. Les eaux pures ou très peu chargéesont un grand pouvoir de dissolution, elles peuventdissoudre les constituants calciques du béton (laportlandite notamment).

Malgré la complexité des réactions chimiquesgénérées par les eaux agressives, l’application dequelques principes de prévention élémentairesrespectés au niveau de la formulation du béton(formulation adaptée, dosage en ciment adéquat,faible E/C, béton compact et peu perméable), de laconception de l’ouvrage et lors de sa réalisation(vibration, cure) permettent d’obtenir des bétonsrésistants durablement dans les milieux agressifs.

Un béton compact et peu perméableLes qualités intrinsèques du béton, sa compacité etsa perméabilité conditionnent sa durabilité. Le béton

résiste d’autant mieux à l’action des eaux agressi-ves que sa porosité et sa perméabilité sont faibles.Les principaux facteurs prépondérants au niveaude la formulation d’un béton pour obtenir unecompacité élevée (donc une faible porosité) sont :– un dosage en ciment adéquat ;– une faible teneur en eau ;– une granulométrie comportant des éléments fins,

en quantité suffisante pour remplir les espacesentre les plus gros granulats ;

– l’optimisation de la vibration, du traitement ther-mique éventuel et de la cure.

Une formulation adaptéeUn dosage suffisamment élevé en ciment, un rap-port E/C faible et le respect des exigences sur lacomposition chimique permettent de maîtriser lesprincipales agressions.

Une conception de l’ouvrage adaptéeL’ouvrage doit être conçu de manière à éviter, dansla mesure du possible, de créer des zones d’accu-mulations et de stagnations d’eau et de chemine-ments préférentiels dus aux ruissellements.

Une mise en œuvre soignéeLa vibration doit être adaptée et homogène. Lacure doit être efficace afin d’éviter en particuliertout phénomène de dessiccation excessive dubéton au jeune âge. La température et l’humiditérelative pendant la mise en œuvre du béton et lesjours suivants sont des paramètres importantsconditionnant les performances du béton.

1.2.3 - Mécanismes développés par legel et les sels de déverglaçage

Les mécanismes de dégradation du béton sont liés àl’alternance de cycles répétés de phases de gel et dedégel. Le risque de désordres est d’autant plus élevéque le degré de saturation en eau du béton estimportant. C’est le cas notamment des partiesd’ouvrages non protégées des intempéries et encontact direct avec des eaux saturées en sel. Une for-mulation mal adaptée et une mise en œuvre incor-recte du béton peuvent amplifier les dégradations.

Ce phénomène est aggravé, en surface, par l’appli-cation des sels de déverglaçage (ou fondants rou-tiers), qui engendrent un accroissement des

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gradients de concentrations en sels, générant ainsides pressions osmotiques plus élevées.

Les dégradations occasionnées par le gel peuventêtre de deux types :– une microfissuration répartie dans la masse du

béton (feuilletage parallèle aux parois), provo-quée par un mécanisme de gel interne ;

– un délitage de la zone superficielle (dégradationsuperficielle), appelé écaillage, sous l’effet conju-gué des cycles de gel-dégel et des sels de déver-glaçage.

Un gradient thermique important au voisinage dela surface, générée par l’application des sels à titrecuratif sur un film de glace, amplifie la dégradationde surface.

Ces deux formes de dégradation peuvent se pro-duire simultanément ou de manière indépendante,elles peuvent affecter la durabilité de la structureet en particulier la pérennité architecturale desouvrages.

Action des cycles gel-dégel

Il est généralement admis que l’accroissement devolume, de l’ordre de 9 %, accompagnant la trans-formation de l’eau en glace (le béton contient tou-jours de l’eau non combinée, une partie de cetteeau gèle dès que la température descend dequelques degrés en dessous de 0 °C) n’est pas laseule cause de la dégradation du béton.

Dans la zone atteinte par le gel, des cristaux deglace se forment dans les plus gros capillaires,créant un déséquilibre thermodynamique qui vadéclencher une migration de l’eau des capillairesles plus fins vers les capillaires dans lesquels l’eauest gelée (l’eau dans les capillaires les plus fins res-tant à l’état liquide). C’est l’accroissement despressions hydrauliques dans les capillaires, engen-dré par ces mouvements de l’eau interne nongelée vers les « fronts de congélation », ainsi queles pressions osmotiques créées par les différencesde concentrations en sels dissous entre l’eau situéeà proximité de l’eau gelée et celle non gelée(présente dans les capillaires fins), qui est consi-déré aujourd’hui comme la cause principale des

dégradations. Ces pressions (hydrauliques etosmotiques) peuvent localement fissurer la pâte deciment, si elles sont supérieures à la résistance à latraction de la pâte. Ce sont les modifications répé-tées et alternées de température (températurepositive à température négative) qui après un cer-tain nombre de cycles peuvent dégrader le béton.Les dégradations sont le résultat d’un endomma-gement progressif. Elles dépendent de la vitessede descente en température, du nombre de cycleset de la durée du gel.

Les dégradations de gel interne ne se produisentpas lorsqu’il existe dans le béton un réseau de peti-tes bulles d’air, dense et homogène, permettant ledéplacement de l’eau ou lorsque la quantité d’eaugelable est suffisamment faible (c’est le cas de cer-tains BHP qui ont une compacité très élevée).

Pour empêcher l’apparition de pressions exces-sives dans le béton, il est possible de créer, grâce àun agent entraîneur d’air, un réseau de bulles quidoivent être nombreuses, de petites dimensions,bien réparties et suffisamment rapprochées. Lerespect de la quantité d’air entraîné dans un bétonn’est pas suffisant pour garantir sa résistance augel, il faut créer un véritable réseau de bulles d’air.Leurs dimensions ne doivent pas dépasserquelques dizaines de microns. Leur espacement,qui détermine le niveau de pression, proportionnelau trajet parcouru par l’eau pour atteindre le front


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de gel le plus proche, doit être inférieur à unevaleur seuil de l’ordre de quelques centaines demicrons. Ce réseau de bulles va servir de « vasesd’expansion » permettant les mouvements del’eau et la formation de glace sans préjudice pourle matériau.

L’agent entraîneur d’air a un double rôle :– maintenir dans le béton un pourcentage d’air de

l’ordre de 3 à 8 % du volume de béton ;– fractionner les bulles en de nombreuses petites

bulles de faibles dimensions (créer le plus grandnombre de bulles de petites dimensions).

L’utilisation d’un agent entraîneur d’air permet destabiliser les bulles qui ont été créées au momentdu malaxage, sous forme d’un réseau homogèneet dense de petites bulles d’air.

Un réseau efficace de bulles d’air est caractérisé pardeux paramètres :– le volume d’air total exprimé en pourcentage du

volume du béton (la mesure de ce paramètre esteffectuée sur béton frais au moyen d’un aéromè-tre) ;

– le facteur d’espacement des bulles d’air L (barre)qui correspond approximativement à la demi-distance moyenne séparant les parois de deuxbulles voisines, d’un réseau supposé régulier. Ilreprésente la distance moyenne que doit parcou-rir l’eau pour atteindre une bulle d’air. Il condi-

tionne la tenue au gel des bétons formulés avecun agent entraîneur d’air, sa valeur doit être infé-rieure à des valeurs seuil.

Action des sels de déverglaçage

La cause principale des dégradations de surfacepouvant résulter de la diffusion des sels de déver-glaçage dans les capillaires du béton est unaccroissement des pressions osmotiques.

L’importante chute de température de surface, dueà la quantité de chaleur consommée pour provo-quer la fusion de la glace, amplifie les effets du geldans la zone du béton proche de la surface (lachute de température de surface peut atteindre4 °C/minute au lieu de 4 °C/heure habituellement).La peau du béton va donc se refroidir brutalement.Mais ce phénomène est rarement générateur d’unécaillage, car les sels de déverglaçage sont répan-dus dans la plupart des cas à titre préventif sur lesouvrages d’art des réseaux routier et autoroutier,pour garantir la sécurité des usagers. Il n’y a doncpas de film de glace lorsque les sels sont répandus.

Parallèlement aux phénomènes essentiellementd’ordre physique, la présence des chlorures doit êtreconsidérée en vue de se prémunir des risques decorrosion des armatures, en respectant de manièrerigoureuse les prescriptions relatives à l’enrobage.

17


1.2.4 - Phénomène d’alcali-réaction

Le phénomène d’alcali-réaction résulte de l’actiondes alcalins solubles (oxyde de sodium Na2O etoxyde de potassium K2O) du béton sur une cer-taine forme de silice réactive, en présence d’eau. Ilcorrespond à un ensemble de réactions chimiquescomplexes qui peuvent se déclencher entre cer-taines phases minérales contenues dans les granu-lats et la solution interstitielle fortement basique dubéton, lorsque plusieurs conditions sont réuniessimultanément : présence d’une forme de silice desgranulats dite « potentiellement réactive », desalcalins du béton et de l’eau en quantité suffisante.

Il s’agit de réactions internes au béton mettant enjeu essentiellement les éléments présents à l’ori-gine dans le béton et un apport d’eau externe. Enl’absence de précaution, cette pathologie peutapparaître dans les parties d’ouvrages les plussévèrement exposées à l’humidité, en général aubout de quelques années (voire plusieurs dizainesd’années). On observe la formation d’un gel gon-flant qui peut provoquer, en particulier, au cœur dubéton, des déformations et une microfissuration dumatériau. Les contraintes expansives génèrent, si

elles dépassent la résistance en traction du béton,un décollement à l’interface pâte-granulats et laformation de microfissures à l’interface béton-armatures qui se matérialisent en surface par unefissuration orientée selon la direction des aciers.

Trois conditions sont nécessaires pour amorceret entretenir les réactions de ce phénomèneexceptionnel : il faut que simultanément, l’envi-ronnement soit fortement humide, la teneur enalcalins solubles dans la solution interstitiellesoit élevée et dépasse un seuil critique, et qu’ilexiste dans le béton de la silice réactive enquantité suffisante (apportée par des granulatspotentiellement réactifs).

Le rôle fondamental de l’humidité (80 à 85 %d’humidité relative moyenne) a été mis en évi-dence par de nombreux essais en laboratoire et pardes constatations sur des ouvrages.

Des travaux de recherche importants ont été enga-gés en France dès le début des années soixante-dix associant les experts du réseau du ministère del’Équipement et de l’industrie cimentière afin detrouver une explication à cette réaction et de mettreau point des essais d’analyse. Ces travaux ont aboutià l’établissement de recommandations de préven-tions, provisoires en 1991 puis définitives en 1994.


18


Quelques ouvrages conçus en France dans lesannées 1970 à 1980 ont présenté des pathologiesgénérées par l’alcali-réaction, sans mettre en causeleur capacité structurelle et sans affecter les proprié-tés mécaniques du béton. Les recherches menéesentre les années quatre-vingt et quatre-vingt-dix,suite aux analyses des données d’observation surdes ouvrages, et des expériences en laboratoires ontpermis de mettre en œuvre des mesures préventi-ves qui se sont avérées efficaces. La mise en placed’un ensemble cohérent de recommandations deprévention a enrayé depuis plus de dix ans toutemanifestation du phénomène.

Le phénomène d’alcali-réaction est depuis plu-sieurs années parfaitement maîtrisé, il est main-tenant possible de prévenir tout risque d’alcali-réaction dans les bétons et éviter tout désordre.

1.2.5 - Actions de l’eau de mersur le béton

Un béton exposé en site maritime peut être l’objetde plusieurs types d’agressions :– agressions mécaniques dues à l’action desvagues et des marées, abrasion due aux chocsdes matériaux flottants et érosion due aux effetsdes vagues ;

– agressions chimiques dues à l’action des chlo-rures présents dans l’eau de mer et des sulfates ;

– agressions climatiques dues aux variations detempérature et éventuellement à des phéno-mènes de gel-dégel.

Les structures situées en site maritime sont expo-sées à trois types de configurations. Selon les varia-tions du niveau de la mer, elles peuvent être :– continuellement immergées (béton situé sous leniveau de la mer à marée basse), les bétonssitués dans cette zone sont rarement l’objet dedégradations importantes ;

– continuellement émergées et soumises auxembruns et brouillards marins contenant deschlorures, les bétons situés dans cette zone peu-vent subir de légères agressions ;

– alternativement émergées ou immergées enfonction du niveau de la mer (zones de marnagedéterminées par les niveaux de marée haute etbasse) ou soumises aux éclaboussures provo-quées par les vagues, les bétons situés dans cettezone sont les plus agressés.

19


Indépendamment de leurs caractéristiques prop-res, la résistance des bétons est donc variable enfonction du type d’exposition au milieu marin et dudegré d’immersion.

Le béton en présence d’eau de mer est soumis àplusieurs réactions chimiques faisant intervenir dessulfates, des chlorures et des ions magnésium selonplusieurs mécanismes (cristallisation de sels expan-sifs, précipitation de composés insolubles, attaquesioniques, dissolution de la portlandite, etc.).

Certaines réactions peuvent avoir des effets béné-fiques sur le béton (telle que par exemple la créa-tion d’une couche protectrice ou l’obturation despores par les précipités), d’autres peuvent générerdes phénomènes d’expansion ou de lixiviation. Laprésence d’ions chlorure peut provoquer des phé-nomènes de corrosion des armatures, si la compa-cité du béton et l’enrobage des armatures ne sontpas adaptés aux conditions d’exposition. Les sul-fates et les chlorures peuvent réagir sur les compo-sés hydratés du ciment.

Les parties d’ouvrages plus particulièrement expo-sés aux actions de l’eau de mer sont :– les piles et culées des ponts situées en zone de

marnage ;– les blocs de défense maritime ;– les murs de quais.

Les principes de prévention à mettre en œuvresont les suivants.

Un béton compact et peu perméableLe facteur essentiel qui garantit le bon comporte-ment du béton en site maritime est sa compacité.Plus le béton sera compact, plus les agents agres-sifs auront des difficultés à pénétrer et à circulerdans son réseau poreux. Ce qui suppose une for-mulation prévoyant un rapport E/C relativementfaible (par l’utilisation de super-plastifiants ou d’ad-juvants réducteurs d’eau) et une optimisation dusquelette granulaire.


20


Une formulation à base d’un cimentadapté suffisamment doséLa formulation du béton doit comprendre unciment de caractéristiques complémentaires PM(Prise Mer), conforme à la norme NF P 15-317(ciments pour travaux à la mer) ou des ciments àbase de laitier.

Le respect des valeurs d’enrobagedes armaturesLe respect des épaisseurs d’enrobage permet demaîtriser la corrosion des armatures de bétonarmé.

Une mise en œuvre et une cure soignéesUne vibration adéquate et une cure efficace per-mettent d’obtenir les performances souhaitées etéviter la dessiccation de surface du béton.L’hydratation optimale du ciment permet deréduire la porosité et d’accroître la résistance dubéton.

1.2.6 - Phénomène de gonflementinterne sulfatique

L’ettringite est un hydrate contenant des sulfatesdont les propriétés de gonflement sont connuesdepuis plus d’un siècle. C’est pourquoi, des pré-cautions particulières sont prises lorsqu’un bétonest exposé à un environnement riche en sulfates,notamment vis-à-vis des caractéristiques du ciment.

Cependant, dans certains cas rares, lorsque lebéton subi un échauffement au jeune âge, la for-mation différée d’ettringite peut avoir lieu sansapport d’ions sulfate externes. Ces réactions sont

susceptibles de provoquer un gonflement dubéton. Les dégradations sont caractérisées par desfissures en surface qui apparaissent après plusieursannées d’exposition à des conditions sévèrescaractérisées par une forte humidité. Ce phéno-mène rare peut se rencontrer, seulement dans desenvironnements humides, dans des pièces mas-sives en béton coulées en place en période estivaleou sur des pièces de béton ayant subi un trai-tement thermique. Il est souvent dénommé DEF(Delayed Ettringite Formation), traduction anglaisede Formation Différée d’Ettringite. L’origine dugonflement et la nature des paramètres impliquésont fait l’objet de nombreuses études.

On a constaté l’incidence importante:– de la température du béton lors de sa prise et de

ses traitements thermiques;– de la teneur en alcalin sur la solubilité de l’ettrin-

gite;– de l’humidité (l’eau étant un des facteurs fonda-

mentaux de la réaction).Les cas de structures concernées par cette patholo-gie sont peu nombreux.

La conjonction nécessaire et indispensable denombreux facteurs, limite le nombre d’ouvragessusceptibles d’être exposés au phénomène.

La démarche préventive consiste à limiter l’inci-dence d’un de ces facteurs.• En priorité en limitant l’échauffement du bétonau cœur de la structure. Il existe plusieursmoyens pour limiter cet échauffement en interve-nant soit au niveau de la formulation du béton, soitau niveau de sa fabrication, soit lors de la réalisa-tion de l’ouvrage.• En utilisant des constituants du béton confor-mes aux normes afin de limiter l’apport en sul-fates.

21


En France, des documents spécifiques, recomman-dations et fascicules de documentation, synthé-tisent des principes de prévention pour desproblématiques de durabilité en complétant lesnormes européennes.

1.3.1 - Recommandations pourla prévention contre lesphénomènes d’alcali-réaction

Les recommandations relatives à la préventioncontre les phénomènes d’alcali-réaction font l’objetd’un fascicule édité par le LCPC en juin 1994 inti-tulé : « Recommandations pour les préventions desdésordres dus à l’alcali-réaction ».

Le principe de la démarche préventive consiste àne pas se retrouver dans une situation danslaquelle sont présentes simultanément les troisconditions nécessaires à l’amorçage de la réaction.Il convient donc d’éviter la conjonction des trois

facteurs : eau (condition d’humidité relative supé-rieure à 80-85 %) / quantité d’alcalins dans lebéton importante / silice réactive (présence de gra-nulats réactifs).

La méthode de prévention se décline en deux éta-pes. Elle consiste en fonction de l’environnement(classe 1 à 4 – tableau 1) et du type d’ouvrage(type I à III – tableau 2) à déterminer le niveau deprévention à atteindre (A, B ou C – tableau 3), puisvérifier que la formulation prévue pour le béton estsatisfaisante. Elle permet donc de mettre en œuvredes recommandations de prévention adaptées àl’importance de l’ouvrage et à son environnement.


22

1.3 Recommandationspour la durabilité des bétons

Tableau 3 : niveau de prévention

Types Classes d’expositiond’ouvrages 1 2 3 4

I A A A A

II A B B B

III C C C C

Tableau 1 : environnement

Classes Environnement

1 Sec ou peu humide (hygrométrie inférieure à 80 %)

2 Hygrométrie supérieure à 80 % ou en contact avec l’eau

3 Hygrométrie supérieure à 80 % et avec gel et fondants

4 Marin

Tableau 2 : types d’ouvrages

TypesNiveau de risque Exemples d’ouvrages

d’ouvrages

Risques d’apparition Éléments non porteursI des désordres faibles La plupart des produits

ou acceptables préfabriqués en béton

IIRisques d’apparition La plupart des ouvragesde désordres peu tolérables de génie civil

IIIRisques d’apparition Tunnels, barrages,de désordres inacceptables ponts, viaducs


Les recommandations à appliquer sont fonction duniveau de prévention.• Niveau A: pas de spécifications particulières• Niveau B : six possibilités d’acceptation de la for-mule béton*• Niveau C : granulats non réactifs (granulats PRPsous conditions)**

risques liés au gel-dégel ne sont pas concernés parces recommandations.

Ce document précise les dispositions relatives àl’élaboration des bétons traditionnels, des Bétons àHautes Performances et des bétons à technologiespécifique : béton à démoulage immédiat (bétonsfabriqués en usine de préfabrication), bétons mou-lés sur site avec une machine à coffrage glissant etbétons projetés.

Les principes de prévention s’appliquent auxouvrages non protégés des intempéries ou encontact avec l’eau ou les rejaillissements de sau-mure et soumis à deux types d’exposition spéci-fiques : le gel pur ou le gel pur en présence de selsde déverglaçage.

Les principes de prévention permettant d’assurerla durabilité des bétons durcis en ambiance hiver-nale reposent sur les constatations suivantes.

• Le béton résiste d’autant mieux,– que sa compacité et sa résistance mécanique, en

particulier en traction, sont élevées ;– que son degré de saturation en eau est faible ;– qu’il est imperméable et ne se laisse pas saturer

par les sels de déverglaçage ;– que le réseau de bulles d’air est adapté à la quan-

tité d’eau gelable.Ces recommandations permettent :– de maîtriser les agressions pouvant résulter des

cycles de gel-dégel en présence ou non de selsde déverglaçage ;

– de formuler et de confectionner des bétons dura-bles en ambiance hivernale.

• Le béton doit être compact (rapport E/C faible etdosage en ciment élevé), présenter lorsque néces-saire un réseau de bulles d’air approprié, et êtreformulé en utilisant des granulats non gélifs.

Les principes de prévention concernent tous lesparamètres de formulation, les conditions environ-nementales et les conditions de fabrication et demise en œuvre du béton (temps de transport,vibration, talochage, cure, etc.).

Les recommandations s’appuient pour les granu-lats sur les normes NF EN 12620 et XP P 18-545ainsi que sur la norme NF EN 1367-1 pour la sensi-bilité au gel.

Elles définissent les essais à mettre en œuvre ainsique les caractéristiques à exiger sur le béton durci

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* Pour valider une composition, il convient de répondre au moins unefois positivement à l’une des six questions :– l’étude du dossier granulats montre-t-elle que les granulats sont non-réactifs ?

– la formulation satisfait-elle à un critère analytique (bilan des alcalins) ?– la formulation satisfait-elle à un critère de performance?– la formulation présente-t-elle des références d’emplois suffisammentconvaincantes?

– le béton contient-il des additions minérales inhibitrices en proportionsuffisante?

– les conditions particulières aux granulats PRP sont-ellessatisfaisantes?

Si la formulation ne répond positivement à aucune de ces six questions,il convient de modifier tout ou partie des granulats, ou de choisir unciment mieux adapté ou d’incorporer des additions minéralesnormalisées inhibitrices et de revérifier ces six conditions d’acceptation.** Utilisation recommandée de granulats non réactifs (NR), granulatspotentiellement réactifs à effet de pessimum (PRP) éventuellementautorisés sous réserve que les conditions particulières à leur emploisoient satisfaites, sur la base d’un essai de performance.

La mise en place d’un ensemble cohérent de recom-mandations de prévention a enrayé depuis plus dedix ans toute manifestation du phénomène.

Le phénomène d’alcali-réaction est depuis plu-sieurs années parfaitement maîtrisé. En effet, il estmaintenant possible de prévenir tout risque d’alcali-réaction dans les bétons et éviter ainsi tout désor-dre.

1.3.2 - Recommandationspour la durabilité des bétonsdurcis soumis au gel

Les recommandations de niveau national relativesà la prévention contre les mécanismes développéspar le gel font l’objet d’un guide technique éditépar le LCPC en décembre 2003 intitulé« Recommandations pour la durabilité des bétonsdurcis soumis au gel ». Les recommandationsconcernent les bétons réalisés sur chantier, en usi-nes de préfabrication et en centrales de béton prêtà l’emploi pour les ouvrages relevant du domainedu génie civil, et conçus pour une durée d’utilisa-tion de projet de cent ans. Les produits préfabri-qués disposant d’une certification intégrant les


(facteur d’espacement des bulles d’air). Les essaisperformanciels sont basés sur des cycles de gel-dégel en présence ou non de sels de déverglaçage.

Elles tiennent compte de l’évolution des consti-tuants des bétons (ciments, adjuvants, etc.) et défi-nissent les essais à mettre en œuvre ainsi que lescaractéristiques à exiger sur le béton durci poursatisfaire la durabilité aux cycles gel-dégel en pré-sence ou non de sels de déverglaçage.

Résistance au gel interne

La résistance au gel du béton dans la masse est éva-luée de deux manières suivant le type de béton.

• Béton formulé avec un agent entraîneur d’air. Lefacteur d’espacement L (barre) est déterminé dèsle stade de la formulation du béton. Il est mesurésur béton durci selon la norme ASTM C 457 à uneéchéance de 4 à 5 jours et permet de valider l’effi-cacité du réseau de bulles d’air entraîné. Les para-mètres du réseau de vides d’air dans le béton durcisont déterminés au microscope.

• Béton formulé sans ou avec peu d’agent entraî-neur d’air. La résistance au gel interne de cesbétons est évaluée avec l’essai de performancedéfini dans la norme P 18-424 pour le gel sévèreavec un fort degré de saturation en eau du béton etdans la norme P 18-425 pour le gel modéré quelque soit le degré de saturation en eau du béton, et

pour le gel sévère avec une saturation modérée eneau du béton. La durée des essais est de l’ordre detrois mois et demi.

Résistance à l’écaillage

La résistance à l’écaillage représente le comporte-ment de la surface du béton soumis aux cycles degel-dégel en présence de sels de déverglaçage.Elle est déterminée selon la norme XP P 18-420 enmesurant la masse de matière écaillée (sur quatreéprouvettes cubiques de béton durci exposées àdes cycles de gel-dégel en présence d’une solutionsaline). La durée de l’essai est de l’ordre de troismois.

Quatre « classes » d’exposition définies dans laNorme NF EN 206-1 concernent les bétons soumisà l’action du gel et/ou aux sels de déverglaçage.XF1 : saturation modérée en eau sans agent de

déverglaçage.XF2 : saturation modérée en eau avec agents de

déverglaçage.XF3 : forte saturation en eau, sans agent de déver-

glaçage.XF4 : forte saturation en eau, avec agents de déver-

glaçage.

La méthode consiste à définir le type de béton àmettre en œuvre en fonction des niveaux de gel(gel sévère et gel modéré) – niveau précisé dans lacarte des zones de gel en France – voir la norme


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NF EN 206-1 et le fascicule de documentationP 18-326 et des niveaux de salage (salage peu fré-quent, salage fréquent, salage très fréquent) –niveau précisé dans le document SETRA – aide àl’élaboration du dossier d’organisation, de la viabi-lité hivernale. Les zones de gel faible ne sont pasconcernées par ces recommandations.

Selon le niveau de gel auquel est soumis l’ouvrageet le niveau de salage, on distingue quatre typesde bétons :– béton soumis au gel modéré sans eau avec peu

de sels de déverglaçage (salage peu fréquent) ;– béton soumis au gel modéré en présence de sels

de déverglaçage (salage fréquent) ;– béton soumis au gel sévère sans sels de déver-

glaçage. Ces bétons sont dénommés béton G(béton formulé pour résister au gel interne seul) ;

– béton soumis au gel modéré et sévère en pré-sence de sels de déverglaçage. Ces bétons sontdénommés béton G + S (béton formulé pourrésister au gel interne et à l’action des sels dedéverglaçage).

Seuls les bétons G et G + S font l’objet de pres-criptions particulières.

Les recommandations concernent la formulation,les spécifications sur les constituants (ciments, gra-nulats, additions), les spécifications exigées sur lebéton durci ainsi que la fabrication, la mise enœuvre et les dispositions constructives.

Pour les bétons traditionnels, les recommandationsconcernent les bétons de résistances caractéris-tiques à 28 jours inférieures à 50 MPa, formulésavec un entraîneur d’air.

Pour les BHP, les recommandations concernent lesbétons de résistances caractéristiques à 28 jourssupérieures ou égales à 50 MPa formulés avec ousans entraîneur d’air.

Les recommandations distinguent deux classes deBHP en fonction du rapport E/C :– classe 1 E/C ≥ 0,32– classe 2 E/C < 0,32Et deux types de formulations :– béton formulé sans entraîneur d’air ;– béton formulé avec entraîneur d’air.Le guide technique consacre aussi un chapitre spé-cifique aux modalités de réalisations des épreuvesd’étude et de convenance, et donne des élémentspour la mise en place d’un plan de contrôle de laqualité des bétons.

1.3.3 - Fascicule de documentationFD P 18-011

Le fascicule de documentation FD P 18-011« Définition et classification des environnementschimiquement agressifs, recommandations pour laformulation des bétons » définit des environne-ments agressifs, pour les bétons armés et lesbétons précontraints. Il permet de spécifier desdispositions préventives adaptées pour la formu-lation des bétons résistant à ces environnementsagressifs.

Ce fascicule est complémentaire de la normeNF EN 206-1. En effet la norme NF EN 206-1 spé-cifie, dans les tableaux NA.F.1 et NA.F.2, des exi-gences relatives aux bétons en fonction des classesd’exposition. Elle précise, pour les classes d’expo-sition XA1, XA2 et XA3 qui correspondent respec-tivement à des environnements à faible, modéréeet forte agressivité chimique qu’il convient de seréférer au fascicule FD P 18-011 pour le choix duciment.

Le fascicule de documentation FD P 18-011 définitet distingue trois types d’environnements chimi-quement agressifs :– les milieux gazeux : gaz, vapeurs ;– les milieux liquides : eaux de mer, eaux résiduai-

res, solutions acides, solutions basiques, eauxpures ;

– les milieux solides : sols contenant des sulfatespar exemple.

Il définit les modes d’action d’environnementschimiquement agressifs (eaux pures, solutions aci-des, solutions basiques, solutions salines milieux

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Tableau 4 : types de bétons

Niveau Niveau de gelde salage Modéré Sévère

Peu fréquent Béton adapté* Béton G

Béton adapté* avec :Fréquent teneur en air minimale de 4 % Béton G + S

ou essais de performance

Très fréquent Béton G + S Béton G + S

* Béton adapté : béton conforme aux normes en vigueur, (normeNF EN 206-1 et normes de produit) et possédant une bonne compacité.


gazeux, sols…) et précise, pour ces environne-ments, les compositions et les caractéristiques desciments à privilégier.

Pour chaque environnement agressif, correspon-dant aux classes d’expositions XA1, XA2 et XA3(définies dans la norme NF EN 206-1), le fasciculedonne des recommandations sur le choix du typede ciment pour les milieux contenant des sulfates,les milieux acides et l’eau pure.

Il recommande en particulier des mesures préven-tives pour la formulation des bétons afin d’assurerleur durabilité.

Il définit des mesures de protection pour les ouvra-ges en fonction des conditions environnementalesagressives auxquelles ils sont soumis.

1.3.4 - Recommandations pour laprévention des désordres liésaux réactions sulfatiquesinternes

De nombreuses recherches, aussi bien au sein duréseau des laboratoires de l’équipement que dansles centres de recherches de l’industrie cimentièreet l’industrie du béton préfabriqué, ont permis demettre au point et de valider des principes de pré-vention à mettre en œuvre.

Un groupe de travail piloté par le LCPC a rédigédes recommandations pour se prémunir contre ledéveloppement de réactions sulfatiques internes(RSI) et limiter le risque d’apparition des désordresinduits par ces réactions. Elles font l’objet d’unguide technique publié en août 2007 intitulé :« Recommandations pour la prévention des désor-dres dus à la réaction sulfatique interne ».

Ces recommandations précisent des dispositionsconstructives à mettre en œuvre pour la concep-tion et la réalisation de l’ouvrage et des précau-tions à appliquer pour la mise en œuvre et laformulation du béton. Elles sont complémentairesdes spécifications de la norme NF EN 206-1.


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Tableau 5 : recommandations pour le choix du cimenten milieux acides

Tableau 6 : recommandations pour le choix du cimenten milieux contenant des sulfates (solution)

Tableau 7 : recommandations pour le choix du cimenten milieux contenant des sulfates (sol)

Tableau 8 : recommandations pour le choix du cimenten eaux pures

Classed’exposition Choix du ciment

XA1

• CEM II/B-S, CEM II/B-V, CEM II/B-P, CEM II/B-Q,CEM II/B-M (S-V), CEM III/A conformes à la normeNF EN 197-1

• CEM III/A conformes à la norme NF EN 197-4• Ciments conformes à la norme NF P 15-317 (PM)

ou NF P 15-319 (ES)• CEM IV/A et B conformes à la norme NF EN 197-1

XA2

• CEM II/B-S, CEM II/B-V, CEM II/B-P, CEM II/B-Q,CEM II/B-M (S-V), CEM III/A conformes à la normeNF EN 197-1

• CEM III/A conformes à la norme NF EN 197-4• Ciments conformes à la norme NF P 15-319 (ES)• CEM IV/A et B conformes à la norme NF EN 197-1

XA3

• CEM III/A, B et C, CEM V/A et B conformes à lanorme NF P 15-319

• Ciments d’aluminates de calcium conformes à la normeNF EN 14647

• CEM IV/B conforme à la norme NF EN 197-1


XA1 Pas de recommandations particulières

XA2

• (Au-dessous de 1500 mg/l) ciments conformes à lanorme NF P 15-317 (PM) ou NF P 15-319 (ES)• (Au-dessus de 1500 mg/l) ciments conformes à la normeNF P 15-319 (ES)

XA3 Ciments conformes à la norme NF P 15-319 (ES)


XA1 Pas de recommandations particulières

XA2 Ciments conformes à la norme NF P 15-317 (PM)ou NF P 15-319 (ES)

XA3 Ciments conformes à la norme NF P 15-319 (ES)


XA1

XA2

XA3

• CEM III/A, B et C, CEM V/A et B conformes à la normeNF P 15-319,

• Ciments d’aluminates de calcium conformes à la normeNF EN 14647

• CEM IV/B conforme à la norme NF EN 197-1


Elles prennent en compte :– la catégorie d’ouvrages ;– les actions environnementales auxquelles seront

soumises les parties d’ouvrages concernées pen-dant la durée d’utilisation de la structure ;

– les conditions thermiques du béton lors de samise en œuvre et au cours de son durcissement.

Les précautions à mettre en œuvre sont fonctiond’un niveau de prévention défini pour chaque par-tie d’ouvrage potentiellement « critique ». Sontconcernées par ces recommandations uniquementles parties d’ouvrages en béton de dimensionsimportantes en contact avec l’eau ou soumises àune ambiance humide. Il s’agit de pièces massivesou « critiques » pour lesquelles la chaleur dégagéelors de l’hydratation du ciment (la prise et ledurcissement du béton génèrent un dégagementde chaleur dû à l’exothermie des réactions d’hy-dratation) est peu évacuée vers l’extérieur, ce quiconduit à une élévation importante de la tempéra-ture au cœur du béton.

Le principe de la démarche préventive consiste àidentifier les parties d’ouvrages susceptibles d’êtresoumises au phénomène de RSI, puis à définir unniveau de prévention nécessaire en fonction de lacatégorie de l’ouvrage (catégories I à III dutableau 9, traduisant le niveau de risque que lemaître d’ouvrage est prêt à accepter) ou de la par-tie d’ouvrage et des classes d’exposition spéci-fiques à la RSI (tableau 10), (intégrant l’importance

NotaLa catégorie d’ouvrages dépend de sonutilisation et du niveau de conséquencesen terme de sécurité que le maître d’ou-vrage est prêt à accepter.

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Tableau 9 : catégorie d’ouvrages

Tableau 10 : classes d’exposition de la partie d’ouvragevis-a-vis de la RSI

Catégoried’ouvrages

Niveaude conséquences

d’apparitiondes désordres

Exemples d’ouvrageou de partie d’ouvrage

IFaibles ou acceptables

* Ouvrage en béton de classe derésistance inférieure à C 16/20* Éléments non porteursde bâtiment

IIPeu tolérables

* Éléments porteurs de la plupartdes bâtiments et les ouvrages deGénie Civil

IIIInacceptables ou quasiinacceptables

* Bâtiments réacteurs de centralesnucléaires* Barrages, tunnels* Ponts et viaducs exceptionnels

Classed’exposition

Description del’environnement

Exemplesinformatifs

XH1Sec ou humiditémodérée

* Partie d’ouvrage en béton situéeà l’intérieur de bâtiments où le tauxd’humidité de l’air ambiant estfaible ou moyen* Partie d’ouvrage en béton situéeà l’extérieur et abritée de la pluie

XH2• Alternance d’humi-dité et de séchage• Humidité élevée

• Partie d’ouvrage en béton situéeà l’intérieur de bâtiments oùle taux d’humidité de l’air ambiantest élevé• Partie d’ouvrage en béton nonprotégée par un revêtement etsoumis aux intempéries sansstagnation à la surface

XH3

• En contact durableavec l’eau• Immersionpermanente• Stagnation d’eauà la surface• Zone de marnage

• Partie d’ouvrage en béton submer-gée en permanence dans l’eau• Partie d’ouvrage en béton réguliè-rement exposée à des projectionsd’eau

NotaCes classes d’exposition spécifiques à laRSI sont complémentaires des 18 classesd’exposition définies dans la normeNF EN 206-1. Elles doivent être spécifiéesdans le CCTP pour chaque partie d’ou-vrage susceptible d’être soumise au phé-nomène de RSI.


Les précautions à appliquer sont fonction dechaque niveau de prévention par ordre croissantd’exigences de As à Ds. Elles visent essentielle-ment à limiter la température maximale suscepti-ble d’être atteinte au cœur de chaque piècecritique.

À titre d’exemples :• les précautions à appliquer pour le cas le pluscourant, soit le niveau de prévention As, est la sui-vante : la température Tmax susceptible d’êtreatteinte au sein de l’ouvrage doit rester inférieure à85 °C ;• pour le niveau de prévention Bs, l’une des deuxprécautions suivantes doit être mise en œuvre :

– la température Tmax doit rester inférieure à75 °C ;

– si Tmax ne peut rester inférieure à 75 °C, elledoit rester inférieure à 85 °C et une desconditions suivantes doit être respectée ;

– maîtrise du traitement thermique(durée du maintien de la températureau-delà de 75 °C limitée) ;

– utilisation d’un ciment adapté ;– vérification de la durabilité du béton

vis-à-vis de la RSI à l’aide de l’essai deperformance (LPC n° 59).

TABLEAU 4 :

Le guide propose des dispositions pour limiter lesrisques potentiels de réaction sulfatique interne.

• Au niveau de la conception et du dimensionne-ment des ouvrages, en évitant les zones de sta-gnation d’eau, en protégeant le béton par uneétanchéité, en privilégiant les pièces creuses.


28

Tableau 11 : choix du niveau de prévention

Tableau 12 : récapitulatif des précautions à appliquer vis-a-vis de la RSI

Catégoried’ouvrage

Classe d’exposition

XH1 XH2 XH3

I As As As

II As Bs Cs

III As Cs Ds

des paramètres eau et humidité) traduisant l’envi-ronnement dans lequel se trouve le béton. Àchaque niveau de prévention (As, Bs, Cs, Ds) cor-respond un niveau de précaution à appliquer.

Il convient alors de mettre en œuvre pour chaquepartie d’ouvrage concernée les précautions adap-tées à chaque niveau de prévention (tableau 11,obtenu par croisement des classes d’exposition etdes catégories d’ouvrages).

NotaLe choix du niveau de prévention pourchaque partie d’ouvrage est de la respon-sabilité du maître d’ouvrage. Le niveau deprévention doit être spécifié dans le CCTP.Au sein d’un même ouvrage les partiessusceptibles d’être soumises au phéno-mène de RSI peuvent être l’objet deniveaux de prévention différents.

Les précautions sont modulées en fonction duniveau de prévention. Elles portent en prioritésur la fabrication, le transport et la mise enœuvre du béton. Des précautions sur la formu-lation sont aussi possibles si nécessaire.

Niveau deprévention

Température maximaledu béton Tmax

Température limitedu béton Tlimite

Conditions à respecter si température compriseentre Tmax et Tlimite

As 85 °C / /

Bs 75 °C 85 °C– Maîtrise du traitement thermique

ou – ciment adaptéou – essai de performance

Cs 70 °C 80 °C– Maîtrise du traitement thermique

ou – ciment adaptéou – essai de performance

Ds 65 °C 75 °C– Ciment adapté– Validation de la formulation par un laboratoire

indépendant expert en RSI


• Au niveau de la formulation : il est préférablede choisir des ciments à faible chaleur d’hydrata-tion notés LH (cf. amendement A1 à la normeNF EN 197-1).A priori les 5 types de ciments courants (CEM I,CEM II, CEM III, CEM IV et CEM V) sont utilisables.Une partie du CEM I peut aussi être substituée pardes additions minérales (dans la limite permise parla norme NF EN 206-1) afin de diminuer l’exother-mie de béton.Un compromis peut s’avérer nécessaire sur lechoix du ciment adapté par exemple dans le cas depièces critiques soumises à un gel sévère associé àdes sels de déverglaçage et qui seraient suscepti-bles d’être aussi soumises à un risque de réactionsulfatique interne. En effet les recommandationsrelatives au gel imposent des dosages élevés enciment de type CEM I, solution pas favorable pourlimiter la température du béton au jeune âge.La détermination du ciment adapté doit doncfaire l’objet très souvent d’une analyse multicri-tère privilégiant en priorité la durabilité de l’en-semble de l’ouvrage, en respectant lesspécifications liées aux classes d’exposition,tout en prenant en compte de manière perti-nente les exigences de mise en œuvre.

• Lors de la fabrication (refroidissement des granu-lats, eau de gâchage froide…) et du transport dubéton (réduction du temps de transport et d’at-tente des toupies).

• Au cours de la mise en œuvre : il convient en par-ticulier d’éviter le coulage des ouvrages en périodede fortes chaleurs ou de mettre en œuvre tous lesmoyens nécessaires pour réduire la températuredu béton (par exemple en incorporant des serpen-tins dans le béton dans lesquels on fait circuler del’eau fraîche) et/ou de privilégier des coffrages nonisolants.

Ces dispositions doivent permettre :– de limiter la température atteinte au sein du

béton ;– d’éviter les contacts prolongés du béton avec

l’eau.

Le LCPC a développé un essai de performanceaccéléré sur béton (méthode d’essai des LPCn° 66 : réactivité d’une formule de béton vis-à-visd’une réaction sulfatique interne) permettant d’é-valuer la durabilité des couples « Formule de bétonet échauffement du béton » vis-à-vis de la forma-tion d’ettringite différée suivie d’expansion, qui

29


1. Dans le cas CEM I et CEM II/A. Teneur en alcalins équivalents actifs du béton limitée à 3 kg/m3.2. Ciment avec teneur en So3 inférieure à 3 % et dont le C3A du clinker est inférieur à 8 %.3. Le CEM I doit respecter C3A (rapporté au ciment) inférieure à 8 % et SO3 inférieure à 3 %.4. La proportion dʼaddition doit respecter les spécifications de la norme NF EN 206-1.

soit représentatif des phénomènes observés dansdes cas réels et adaptés aux conditions d’exécu-tion, tels que le cycle de traitement thermiqueappliqué au béton lors de l’étuvage en usine depréfabrication et l’échauffement d’une pièce mas-sive, de taille critique, coulée en place sur chantier.Cet essai d’une durée de 12 à 15 mois, consiste àcaractériser le risque de gonflement d’un béton vis-à-vis de la RSI. Il permet de valider une formulationde béton en déterminant sa réactivité potentielle àla formation différée d’ettringite.

Le guide LCPC rappelle (annexe III) les principes del’exothermie des réactions d’hydratation et l’inci-dence du dosage en liant et de sa nature. Il pro-pose aussi (annexe IV) une méthode de calculsimplifiée permettant d’estimer la températureatteinte au cœur du béton.

L’élévation de température au sein d’une partied’ouvrage en béton est fonction :– de l’exothermie du béton ;– de la géométrie de la partie d’ouvrage ;– de la température initiale du béton lors de la mise

en œuvre dans le coffrage ;– des déperditions thermiques liées en particulier

au type de coffrage.

Ce calcul permet d’évaluer si la partie d’ouvragedoit être considérée comme une pièce critique vis-à-vis des risques de RSI. Il comprend une succes-sion d’étapes :– le dégagement de chaleur induit par le ciment à

partir de données propres en particulier à sondosage et sa chaleur d’hydratation ;

– la présence éventuelle d’additions minérales ;– les déperditions thermiques.


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Tableau 13 : recommandation sur le choix des ciments vis-à-vis de la RSI, selon le niveau de prévention

Niveau de prévention Ciment adapté

Bs• Ciment conforme à la norme NF P 15-319 (ES) (1)

• CEM II/B-V, CEM II/B-S, CEM II/B-C, CEM II/B-M (S-V), CEM III/A, CEM V (2)

• CEM I en combinaison avec cendres volantes, laitiers de haut-fourneau (3)

Proportion d’additions supérieure à 20 % (4)

Cs

• Ciment conforme à la norme NF P 15-319 (ES) (1)

• CEM II/B-V, CEM II/B-S, CEM II/IB-C, CEM II/B-M (S-V), CEM III/A, CEM V (2)

• CEM I en combinaison avec cendres volantes ou laitiers de haut-fourneau (3)

Proportion d’additions supérieure à 20 % (4)

Ds Ciment conforme à la norme NF P 15-319 (ES) (1)


31

Chapitre2 Dimensionnementdes structuresen béton

2.1 Les Eurocodes

2.2 L’Eurocode 2 (Eurocode béton)

2.3 Le béton armé

2.4 Les armatures pour béton armé

2.5 L’enrobage des armatures

2.6 Le béton précontraint

2.7 BA-CORTEX


2.1.1 - Présentation généraledes Eurocodes

Les Eurocodes sont des normes européennes deconception et de calcul des bâtiments et des struc-tures de génie civil. Elles ont pour objet d’harmo-niser les règles de conception et de calcul au seindes différents états européens – membres del’Union Européenne (UE) et de l’association euro-péenne de libre-échange (AELE) – et de contribuerainsi à la création du marché unique de la construc-tion (ouverture du marché européen aux entre-prises et aux bureaux d’ingénierie) et aurenforcement de la compétitivité de l’ingénierieeuropéenne.

Ces normes européennes forment un ensemblecohérent et homogène de règles techniques. Ellesconstituent un langage commun pour tous lesconcepteurs européens, bénéficiant des connais-sances les plus récentes.

Elles font appel à une approche semi-probabilistede sécurité des constructions (méthode des coeffi-cients partiels) avec des méthodes de dimension-nement fondées sur le concept des états limites(états limites de service et états limites ultimes).Elles s’appliquent aux différents matériaux (béton,acier, bois, etc.) et aux différents types de construc-tion (bâtiments, ponts, silos, etc.).

L’approche semi-probabiliste consiste à définir lesvaleurs des actions à prendre en compte en fonc-tion de leur occurrence pendant une certainepériode. Cette période est respectivement de 50ans, 475 ans et 1000 ans pour les actions clima-tiques, les séismes et le trafic,

Elles fournissent une série de méthodes et derègles techniques communes à tous les pays euro-péens pour calculer la stabilité, la résistance méca-nique et la sécurité incendie des éléments ayantune fonction structurelle dans un ouvrage de construc-tion. Elles concernent les ouvrages neufs unique-ment.

Elles harmonisent les « codes de calcul » des diffé-rents états membres et remplaceront à terme lesrègles en vigueur dans chacun de ces états.

NotaEn France, pour les ouvrages en béton,elles se substituent progressivement auxrègles actuelles de dimensionnement(règles BAEL et BPEL).

Elles sont basées sur des principes fondamentaux :– sécurité ;– durabilité ;– robustesse des constructions ;– aptitude au service ;– fiabilité.

La sécurité structurale est l’aptitude d’une structureà assurer la sécurité des personnes à l’égard desrisques d’origine structurale.

Chapitre • Dimensionnement des structures en béton2

32

2.1 Les Eurocodes

Les états membres de l’UE et de l’AELE recon-naissent les Eurocodes comme documents deréférence :– pour prouver la conformité des ouvrages debâtiment et de génie civil aux exigencesessentielles de la Directive sur les Produitsde Construction (DPC) en particulier à l’exi-gence n° 1 « stabilité et résistance méca-nique » et à l’exigence n° 2 « sécurité en casd’incendie » ;

– pour établir les spécifications des contratspour les travaux de construction et servicesd’ingénierie ;

– pour établir les spécifications techniquesharmonisées pour les produits de construc-tion.


Les Eurocodes constituent un ensemble de 58normes regroupées en 10 groupes de normes(NF EN 1990 à NF EN 1999) :– NF EN 1990 Eurocode 0 : bases de calcul desstructures

– NF EN 1991 Eurocode 1 : actions sur les structu-res

– NF EN 1992 Eurocode 2 : calcul des structuresen béton

– NF EN 1993 Eurocode 3 : calcul des structuresen acier

– NF EN 1994 Eurocode 4 : calcul des structuresmixtes acier-béton

– NF EN 1995 Eurocode 5 : calcul des structuresen bois

– NF EN 1996 Eurocode 6 : calcul des structuresen maçonnerie

– NF EN 1997 Eurocode 7 : calcul géotechnique– NF EN 1998 Eurocode 8 : calcul des structurespour leur résistance aux séismes

– NF EN 1999 Eurocode 9 : calcul des structures enalliages d’aluminium

Liens entre les Eurocodes

Sécurité structurale,

NF EN 1990 aptitude au service

et durabilité

NF EN 1991 Actions sur les structures

NF EN 1992 NF EN 1993 NF EN 1994Conception et calcul

NF EN 1995 NF EN 1996 NF EN 1999

NF EN 1997 NF EN 1998Calcul géotechnique

et sismique

La durabilité structurale est l’aptitude d’une struc-ture à rester fiable pendant une durée d’utilisationconventionnelle.

La structure doit être conçue de telle sorte que sadétérioration, pendant la durée d’utilisation de projet,n’abaisse pas ses performances en dessous decelles escomptées, compte tenu de l’environne-ment et du niveau de maintenance escompté.

Les normes « Eurocode » instaurent un véritable sys-tème normatif performantiel fondé sur des conceptsscientifiques cohérents qui est un gage d’optimi-sation des matériaux et de pérennité des ouvrages.

Les normes « Eurocode » permettent une optimisa-tion de la durabilité des structures. Elles supposentque:– le choix du système structural et le projet destructure sont réalisés par un personnel suffisam-ment qualifié et expérimenté ;

– l’exécution est confiée à un personnel suffisam-ment compétent et expérimenté ;

– une surveillance et une maîtrise de la qualité adé-quates sont assurées au cours de la réalisation,dans les bureaux d’études, les usines, les entre-prises et sur le chantier ;

– les matériaux utilisés sont conformes aux normesappropriées ;

– la structure bénéficiera de la maintenance adé-quate ;

– l’utilisation de la structure sera conforme auxhypothèses admises dans le projet.

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Les différents articles des normes « Eurocode » sedécomposent en deux principales catégories.

Les Principes

Les Principes (P) sont des énoncés d’ordre généralet des définitions ou des prescriptions qui ne com-portent pas d’alternative et qui sont des bases pourgarantir les niveaux de performances structurales.

Les Règles dʼapplication

Les Règles d’application sont conformes aux princi-pes. Il est possible d’utiliser d’autres règles sousréserve de démontrer leur conformité aux principes.

Les Eurocodes définissent des exigences fonda-mentales pour atteindre des niveaux de perfor-mance appropriés en matière de fiabilité desconstructions dont les quatre composantes sont :– la sécurité structurale pour les personnes et lesanimaux domestiques ;

– l’aptitude au service, fonctionnement, confort…– la robustesse en cas de situations accidentelles ;– la durabilité, compte tenu des conditions envi-ronnementales.

NotaLa détermination des actions applicablesaux constructions et les règles de concep-tion parasismique, communes à tous lestypes d’ouvrages, se trouvent, respective-ment, dans l’Eurocode NF EN 1990, dans lasérie des Eurocodes NF EN 1991 et dans lasérie des Eurocodes NF EN 1998.

Le calcul de la résistance mécanique et de larésistance au feu des ouvrages en béton s’effec-tue à partir des Eurocodes NF EN 1992-1-1 etNF EN 1992-1-2.

2.1.2 - Transposition nationaledes Eurocodes

Les normes européennes « Eurocode » ne peuventêtre utilisées dans chaque pays qu’après transposi-tion en normes nationales. Elles sont complétéespar une Annexe Nationale (AN).

Dans chaque pays, l’Annexe Nationale définit lesconditions d’application de la norme européenne.Elle permet de tenir compte des particularités géo-graphiques, géologiques ou climatiques ainsi quedes niveaux de protection spécifiques à chaquepays. En effet, le choix des niveaux de fiabilité etde sécurité des projets est une prérogative desÉtats. Les Eurocodes offrent la souplesse néces-saire pour que des modulations puissent être effec-tuées au niveau de clauses bien identifiées afin deles adapter aux contextes nationaux.

Les normes nationales transposant les Eurocodescomprennent la totalité du texte des Eurocodes


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LA DIRECTIVE SUR LES PRODUITSDE CONSTRUCTION

La « Directive sur les Produits deConstruction » couvre tous les produitsdestinés à être incorporés durablementdans un bâtiment ou un ouvrage degénie civil, dès lors qu’ils peuvent avoirune incidence sur la sécurité, la santé, l’envi-ronnement ou l’isolation.

Les produits de construction visés par cettedirective doivent être conçus de tellesorte que les ouvrages dans lesquels ilssont utilisés satisfassent aux exigencesessentielles suivantes :1 – La résistance mécanique et la stabilité ;2 – La sécurité en cas d’incendie ;3 – L’hygiène, la santé et l’environnement ;4 – La sécurité d’utilisation ;5 – La protection contre le bruit ;6 – L’économie d’énergie et l’isolation

thermique.

Les produits concernés doivent porter lemarquage CE symbolisant la conformité àces dispositions.


(toutes annexes incluses), tel que publié par leCEN; ce texte est précédé d’une page nationale detitres et par un Avant-Propos national, et suivid’une Annexe Nationale.

L’Annexe Nationale contient en particulier desinformations sur les paramètres laissés en attentedans l’Eurocode pour choix national, sous la dési-gnation de Paramètres Déterminés au NiveauNational (NDP), il s’agit :– de valeurs et/ou des classes là où des alternati-ves figurent dans l’Eurocode ;

– de valeurs à utiliser là où seul un symbole estdonné dans l’Eurocode ;

– de données propres à un pays (géographiques,climatiques, etc.), par exemple carte de neige,carte de gel ;

– de la procédure à utiliser là où des procéduresalternatives sont données dans l’Eurocode ;

– des décisions sur l’usage des annexes informati-ves ;

– des références à des informations complémentai-res pour aider l’utilisateur à appliquer l’Eurocode.

2.1.3 - Eurocode 0

L’Eurocode 0 (norme NF EN 1990 – « Bases de cal-cul des structures ») décrit les principes et les exi-gences pour la sécurité, l’aptitude au service et ladurabilité des structures et définit les bases pour ledimensionnement des structures.

Le dimensionnement d’une structure est associé àla notion de durée d’utilisation de projet (duréependant laquelle la structure ou une de ses partiesest censée pouvoir être utilisée comme prévu enfaisant l’objet de la maintenance escomptée, maissans qu’il soit nécessaire d’effectuer des répara-tions majeures) et de fiabilité (capacité d’unestructure ou d’un élément structural à satisfaire auxexigences spécifiées, pour lesquelles il ou elle a étéconçu(e).

La fiabilité de la structure suppose un dimension-nement conforme aux normes « Eurocode » et lamise en œuvre de mesures appropriées en matièred’exécution et de gestion de la qualité. Elle s’ex-prime en terme de probabilité.

La maintenance couvre l’ensemble des opérationseffectuées pendant la durée d’utilisation de lastructure, afin de lui permettre de satisfaire auxexigences de fiabilité.

NotaLa notion de durée d’utilisation de projetn’a pas de portée juridique liée à des tex-tes législatifs et réglementaires traitant deresponsabilité ou de garantie.

L’Eurocode 0 pose les exigences de base sui-vantes.

Article 2.1.1 (P)

« Une structure doit être conçue et réalisée de sorteque, pendant la durée d’utilisation de projetescomptée, avec des niveaux de fiabilité appro-priés et de façon économique :– elle résiste à toutes les actions et influences sus-ceptibles d’intervenir pendant son exécution etson utilisation ;

– elle reste adaptée à l’usage pour lequel elle a étéconçue».

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Article 2.1.2 (P)

« Une structure doit être conçue et dimensionnéepour avoir une résistance structurale, une aptitudeau service et une durabilité de niveaux appropriés ».

Les Eurocodes accentuent la prise en compte de ladurabilité des ouvrages en s’appuyant sur la notionde durée d’utilisation de projet.

L’article 2.4 de l’Eurocode 0 définit la notion dedurabilité de la structure.

Article 2.4.1 (P)

« La structure doit être projetée de sorte que sadétérioration, pendant la durée d’utilisation de pro-jet, n’abaisse pas ses performances au-dessousde celles escomptées, compte tenu de l’environ-nement et du niveau de maintenance escompté ».

Les exigences de durabilité doivent être prises encompte en particulier dans :– les conditions d’environnement, traduites par lesclasses d’exposition ;

– la conception de la structure et le choix du sys-tème structural ;

– le choix et la qualité des matériaux ;– les dispositions constructives ;– l’exécution et la maîtrise de la qualité de la miseen œuvre ;

– les mesures de protection spécifiques ;– les inspections et les contrôles ;– les dispositions particulières (utilisation d’arma-tures inox…) ;

– les niveaux de la maintenance…

Pour atteindre la durée d’utilisation de projet requisepour la structure, des dispositions appropriées doiventêtre prises afin de protéger chaque élément struc-tural des actions environnementales et maîtriserleurs effets sur la durabilité.

La durée d’utilisation du projet doit être spéci-fiée par le maître d’ouvrage.

Propriétés des matériaux

Les propriétés des matériaux ou des produits sontreprésentées par des valeurs caractéristiques(valeur de la propriété ayant une probabilité don-née de ne pas être atteinte lors d’une hypothétiquesérie d’essais illimitée).

Les valeurs caractéristiques correspondent auxfractiles 5 % (valeur inférieure) et 95 % (valeursupérieure) pour les paramètres de résistance et àla valeur moyenne pour les paramètres de rigidité.Par exemple pour le béton, on distingue deuxgrandeurs pour la résistance en traction :

fctk0,05 et fctk0,95

Classification des actions (section 4)

Les actions sont :– un ensemble de forces ou de charges appliquéesà la structure (action directe) ;

– un ensemble de déformations ou d’accélérationsimposées, résultant par exemple de variations detempérature, de tassements différentiels ou detremblement de terre (action indirecte).

Elles se traduisent sur les éléments structuraux pardes efforts internes, moments, contraintes, ou surl’ensemble de la structure par des flèches ou desrotations.

Les actions sont classées en fonction de leur varia-tion dans le temps, en quatre catégories :– les actions permanentes (G), par exemple lepoids propre des structures, des éléments nonstructuraux (revêtements de sols, plafondssuspendus…), équipements fixes (ascenseur,équipements électriques…) et revêtements dechaussée, et les actions indirectes (provoquéespar un retrait et des tassements différentiels) etles actions de la précontrainte ;


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Tableau 5 : la durée indicative d’utilisation de projetselon norme NF EN 1990 – tableau 2.1 (NF)

Catégorie Durée indicativede durée d’utilisation

Exemplesd’utilisation de projetde projet (en années)

1 10 Structures provisoires

2 25 Éléments structuraux remplaçables

3 25 Structures agricoles et similaires

4 50 Bâtiments et autres structures courantes

5 100Bâtiments monumentauxPonts et autres ouvrages de génie civil


– les actions variables (Q), par exemple les char-ges d’exploitation sur planchers, poutres et toitsdes bâtiments, les actions du vent, les charges dela neige, les charges de trafic routier ;

– les actions accidentelles (Ad), par exemple lesexplosions ou les chocs de véhicules ;

– les actions sismiques (Aed).

Les actions sont également classées :– selon leur origine, comme directes ou indirectes ;– selon leur variation spatiale, comme fixes ou libres;– ou, selon leur nature, comme statiques ou dyna-miques.

On distingue ainsi :– les actions statiques (neige, charges de mobilier) ;– les actions dynamiques (trafic, vent, séisme, choc).

L’Eurocode 0 fixe les coefficients de sécurité par-tiels applicables aux actions (γg pour les actionspermanentes, γQ pour les actions variables) et défi-nit les combinaisons d’actions. Une structure estsoumise à un grand nombre d’actions qui doiventêtre combinées entre elles.

La probabilité d’occurrence simultanée d’actionsindépendantes peut être très variable selon leurnature. Il est donc nécessaire de définir les combi-naisons d’actions dans lesquelles, à la valeur carac-téristique d’une action dite de base, s’ajoutent desvaleurs caractéristiques minorées d’autres actions.

Les combinaisons d’actions sont définies pour dessituations de projets, que la structure va rencontrertant en phase d’exécution que d’exploitation ou demaintenance : situations de projets durables (cor-respondant à des conditions normales d’utilisation),transitoires (correspondant à des situations tempo-raires telles que l’exécution), accidentelles (incen-die, chocs) ou sismiques (tremblement de terre).

Les combinaisons d’actions considérées doiventtenir compte des cas de charges pertinents, per-mettant l’établissement des conditions de dimen-sionnement déterminantes dans toutes les sectionsde la structure ou une partie de celle-ci.

Principes du calcul aux états limites(section 3)

La méthode de calcul « aux états limites » se fondesur une approche semi-probabiliste de la sécurité. Cetype de calcul permet de dimensionner une structurede manière à offrir une probabilité acceptable ne pasatteindre un « état limite », qui la rendrait impropreà sa destination. Cette définition conduit à considé-rer les familles d’états limites, telles que les ÉtatsLimites de Service, les États Limites Ultimes.

37


Un ouvrage doit présenter durant toute sa duréed’exploitation des sécurités appropriées vis-à-vis :– de sa ruine ou de celle de l’un de ses éléments ;– d’un comportement en service pouvant affectersa durabilité, son aspect ou le confort des usagers.

La vérification des structures se fait par le calcul auxétats limites. On distingue deux états limites :– ELS : États Limites de Service ;– ELU: États Limites Ultimes.La méthode de calcul « aux états limites » appliquedes coefficients de sécurité partiels d’une part auxrésistances et d’autre part aux actions (et donc auxsollicitations).

NotaLes états limites sont des états d’uneconstruction qui ne doivent pas êtreatteints sous peine de ne plus permettre àla structure de satisfaire les exigencesstructurelles ou fonctionnelles définies lorsde son projet. La justification d’une struc-ture consiste à s’assurer que de tels étatsne peuvent pas être atteints ou dépassésavec une probabilité dont le niveaudépend de nombreux facteurs.

Les vérifications doivent être faites pour toutes lessituations de projet et tous les cas de chargesappropriés.

La notion d’État Limite se traduit essentiellementau niveau des critères de calcul par des coefficientspartiels de sécurité afin de traiter les différentesincertitudes liées aux propriétés des matériaux et àla réalisation de l’ouvrage.

États Limites de Service (ELS)

Les États Limites de Service (ELS) correspondent àdes états de la structure lui causant des dommageslimités ou à des conditions au-delà desquelles lesexigences d’aptitude au service spécifiées pour lastructure ou un élément de la structure ne sont plussatisfaites (fonctionnement de la structure ou deséléments structuraux, confort des personnes,aspect de la construction).

Ils sont relatifs aux critères d’utilisation courants :déformations, vibrations, durabilité. Leur dépasse-ment peut entraîner des dommages à la structuremais pas sa ruine.

On distingue les ELS réversibles qui correspondentà des combinaisons d’actions fréquentes ou quasipermanentes et les ELS irréversibles associés à descombinaisons d’actions caractéristiques.

États Limites Ultimes (ELU)

Les États Limites Ultimes (ELU) concernent la sécu-rité des personnes et/ou la sécurité de la structureet des biens. Ils incluent éventuellement les étatsprécédant un effondrement ou une rupture de lastructure.

Ils correspondent au maximum de la capacité por-tante de l’ouvrage ou d’un de ses éléments par :– perte d’équilibre statique ;– rupture ou déformation plastique excessive ;– instabilité de forme (flambement).

La norme NF EN 1990 définit quatre catégoriesd’États Limites Ultimes :– EQU : perte d’équilibre statique de la structure

ou d’une partie de la structure


38


– STR : défaillance ou déformation excessived’éléments structuraux

– GEO : défaillance due au sol– FAT : défaillance de la structure ou d’éléments

de la structure due à la fatigue

Analyse structurale (section 5)

L’analyse structurale permet de déterminer la dis-tribution, soit des sollicitations, soit des contrain-tes, déformations et déplacements de l’ensembleou d’une partie de la structure. Elle permet d’iden-tifier les sollicitations aux divers états limites dansles éléments ou les sections de la structure.

La géométrie est habituellement modélisée en consi-dérant que la structure est constituée d’élémentslinéaires, d’éléments plans et, occasionnellement,de coques. Le calcul doit prendre en considérationla géométrie, les propriétés de la structure et soncomportement à chaque stade de sa construction.

Les éléments d’une structure sont classés, selonleur nature et leur fonction, en poutres, poteaux,dalles, voiles, plaques, arcs, coques, etc.

Les modèles de comportement couramment utili-sés pour l’analyse sont :– comportement élastique linéaire; l’analyse linéairebasée sur la théorie de l’élasticité est utilisablepour les états limites ultimes et les états limites deservice en supposant des sections non fissurées,un diagramme contrainte-déformation linéaire etdes valeurs moyennes des modules d’élasticité ;

– comportement élastique linéaire avec distribu-tion limitée ;

– comportement plastique, incluant notamment lamodélisation par bielles et tirants ;

– comportement non linéaire.

NotaUne analyse locale complémentaire peutêtre nécessaire lorsque l’hypothèse dedistribution linéaire des déformations nes’applique plus, par exemple : à proximitédes appuis, au droit des charges concen-trées, aux nœuds entre poteaux et pout-res, dans les zones d’ancrage.

Vérification par la méthodedes coefficients partiels (section 6)

La vérification consiste à s’assurer qu’aucun étatlimite n’est dépassé.

Valeurs de calcul des actions

La valeur de calcul s’écrit :Fd = γf Frep Frep valeur représentative

appropriée de l’action ;Avec Frep = ψFkFk est la valeur caractéristique de l’action ;γf coefficient partiel pour l’action ;ψ est soit 1,00 soit ψ0, ψ1 ou ψ2.

Valeurs de calcul des propriétés des matériaux

La valeur de calcul d’une propriété d’un matériauest égale à :

Xd = η Xkγm

Xk valeur caractéristique de la propriété dumatériau

η valeur moyenne du coefficient de conver-sion

γm coefficient partiel pour la propriété du maté-riau tient compte :– des effets de volume et d’échelle ;– des effets de l’humidité et de la tempéra-ture ;

– et d’autres paramètres s’il y a lieu.

Combinaisons dʼactions

L’annexe A1: « Application pour les bâtiments »fournit les règles pour établir les combinaisonsd’actions pour les bâtiments.

Pour les ELU expressions 6.10 à 6.12 b :

– combinaisons fondamentales : 6.10 – 6.10 a/bpour situations de projet durables ou transitoires

– combinaisons accidentelles : 6.11pour situations de projet accidentelles

– combinaisons sismiques : 6.12pour situations de projet sismiques

Pour les ELS expressions 6.14 à 6.16 b

Exemples de combinaisons :

1.10Gk,sup + 0,90Gk,inf + 1,50Qk1 + 1,5 Σψo,i Qk,i



AvecGk,sup : actions permanentes défavorablesGk,inf : actions permanentes favorablesQk,1 : action variable dominanteQk,i : action variable d’accompagnement

39


2.1.4 - Eurocode 1

L’Eurocode 1 (norme NF EN 1991) traite desactions pour le calcul des structures. Il est composéde dix normes :

– NF EN 1991-1-1 : actions générales – poids volu-miques, poids propres, charges d’exploitationles bâtiments

– NF EN 1991-1-2 : actions générales – actions surles structures exposées au feu

– NF EN 1991-1-3 : actions générales – charges deneige

– NF EN 1991-1-4 : actions générales – charges duvent

– NF EN 1991-1-5 : actions générales – actionsthermiques

– NF EN 1991-1-6 : actions générales – actions encours d’exécution

– NF EN 1991-1-7 : actions générales – actionsaccidentelles

– NF EN 1991-2 : actions sur les ponts dues autrafic

– NF EN 1991-3 : actions induites par les grues etles ponts roulants

– NF EN 1991-4 : silos et réservoirs

Ces normes définissent les actions pour la concep-tion structurale des bâtiments et des ouvrages degénie civil, en particulier :– les poids volumiques des matériaux de construc-tion et des matériaux stockés ;

– le poids propre des éléments de construction ;– les charges d’exploitation (uniformément répar-tie ou ponctuelle) à prendre en compte pour lesbâtiments et les ponts.

Les Annexes Nationales précisent les actions àappliquer sur le territoire français telles que parexemple les charges de neige et des charges spé-cifiques d’exploitation.


40

Eurocode Partie d’Eurocode Titre et/ou objet

NF EN 1990 :Bases de calcul des structures

Texte principalExigences fondamentales. Principes du calcul aux états limites par laméthode des coefficients partiels.

Annexe A1 Application aux bâtiments (combinaisons d'actions).

NF EN 1991 :Eurocodes 1 - Actions sur les structures

Partie 1-1 Poids volumiques, poids propres, charges d'exploitation des bâtiments.

Partie 1-2 Actions sur les structures exposées au feu.

Partie 1-3 Charges de neige.

Partie 1-4 Actions dues au vent.

Partie 1-5 Actions thermiques.

Partie 1-6 Actions en cours d'exécution.

Partie 1-7Actions accidentelles (actions dues aux chocs de véhicules routiers,de chariots élévateurs).

NF EN 1992 :Eurocode 2 - Calcul des structures en béton

Partie 1-1Règles générales et règles pour les bâtiments(y compris actions dues à la précontrainte).

Partie 1-2 Calcul du comportement au feu.

NF EN 1997 :Eurocode 7 - Calcul géotechnique

Partie 1 Calcul des fondations.

NF EN 1998 : Eurocodes 8 - Calcul desstructures pour leur résistance aux séismes

Partie 1 Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments.

Partie 5 Fondations, structures de soutènement et aspect géotechniques.

Tableau 6 : les Eurocodes pour la conception d'un bâtiment en béton


Charges d’exploitation des bâtiments: (section 6)

La section 6 donne des valeurs caractéristiques descharges d’exploitation pour les planchers et lescouvertures ; ces valeurs sont définies en fonctionde la catégorie d’usage des bâtiments.A – Lieux de vie domestique : habitation et rési-

dentiel.B – Lieux de travail de bureau : bureaux.C – Lieux de réunions : salles de réunion, de spec-

tacles, de sport, etc.D – Aires de commerces : boutiques et grandes

surfaces de ventes.E – Aires de stockage : entrepôts et archives et

locaux industriels.F – Surfaces de stationnement et de circulation

automobiles dans les bâtiments : garages etaires de circulation.

G – Surfaces de stationnement et de circulation decamions moyens dans les bâtiments : garageset aires de circulation.

H – Surfaces de toitures inaccessibles.I – Surfaces de toitures accessibles.K – Hélistations.

NotaL’Eurocode 1 partie 2 définit des modèlesde charges pour :– les charges d’exploitation sur les pontsroutiers ;

– les actions dues aux piétons ;– les charges sur les ponts ferroviaires duesau trafic.

41

Eurocode Partie d’Eurocode Titre et/ou objet

NF EN 1990 :Bases de calcul des structures

Texte principalExigences fondamentales. Principes de la méthodedes coefficients partiels.

Annexe A2 Application aux ponts (combinaisons d'actions).

Annexe EExigences et règles de calcul pour les appareils d'appui structuraux,les joints de dilatation, les dispositifs de retenue et les câbles.

NF EN 1991 :Eurocodes 1 - Actions sur les structures

Partie 1-1Poids volumiques, poids propres, charges d'exploitation des bâtiments(pour les ponts, partie traitant des actions dues au poids propre).

Partie 1-3Charges de neige (pour certains types de ponts routiers et de passerelles,en cours d'exécution ou en service).

Partie 1-4Actions dues au vent (détermination des forces quasi statistiques duesau vent sur les piles et les tabliers de ponts de géométrie « classique ».

Partie 1-5 Actions thermiques.

Partie 1-6 Actions en cours d'exécution.

Partie 1-7Actions accidentelles (actions dues aux chocs de véhicules routiers,de bateaux, de trains, sur les piles et les tabliers de ponts).

Partie 2Charges sur les ponts dues au trafic (ponts routiers, passerelles,ponts ferroviaires).

NF EN 1992 :Eurocode 2 - Calcul des structures en béton

Partie 1-1Règles générales et règles pour les bâtiments(y compris actions dues à la précontrainte).

Partie 2 Ponts en béton (règles de calcul et dispositions constructives).

NF EN 1997 :Eurocode 7 - Calcul géotechnique

Partie 1 Calcul des fondations.

NF EN 1998 :Eurocodes 8 - Calcul des structurespour leur résistance aux séismes

Partie 1 Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments.

Partie 2 Ponts.

Partie 5 Fondations, structures de soutènement et aspect géotechniques.

Tableau 7 : les Eurocodes pour la conception d'un pont en béton


Ce chapitre synthétise les informations fondamen-tales de l’Eurocode béton. Il n’a pas pour vocationd’être un cours de dimensionnement des struc-tures en béton. Pour plus de précisions, il convientde consulter le site BA-CORTEX (voir page 84).

La norme de base pour le calcul des structuresen béton est l’Eurocode 2 (norme NF EN 1992 –calcul des structures en béton). L’Eurocode 2 com-prend quatre normes permettant de concevoir etdimensionner les structures et les éléments struc-turaux des constructions en béton (bâtiments,ouvrages d’art, silos et réservoirs…) et ou de véri-fier les propriétés mécaniques des éléments struc-turaux préfabriqués en béton.– NF EN 1992-1-1 : règles générales et règlespour les bâtiments

– NF EN 1992-1-2 : règles générales – calculdu comportement au feu

– NF EN 1992-2 : ponts – calcul et dispositionsconstructives

– NF EN 1992-3 : silos et réservoirs

Ces normes permettent le calcul des bâtiments etdes ouvrages de génie civil en béton non armé, enbéton armé ou en béton précontraint. Elles traitent,en conformité avec l’Eurocode 0, des principes etdes exigences pour la résistance mécanique, lasécurité, l’aptitude au service, la durabilité et larésistance au feu des structures en béton.

NotaLes autres exigences, telles que celles rela-tives aux isolations thermiques et acous-tiques, par exemple, ne sont pas traitées.

Elles remplacent en concentrant en un texte uniqueles règles de calcul du béton armé (BAEL) et dubéton précontraint (BPEL). Elles ne révolutionnentpas les calculs du béton armé ou précontraint, caron y retrouve tous les principes fondamentaux duBAEL et du BPEL.

2.2.1 - Eurocode 2 partie 1-1

Section 1: généralités

La norme NF EN 1992-1-1 définit les principesgénéraux du calcul des structures et les règles spé-cifiques pour les bâtiments. Les principes relatifs àla durabilité font l’objet de la Section 4 (durabilitéet enrobage des armatures). Ces principes confor-mes à ceux de la section 2 de la norme NF EN 1990introduisent pour la conception vis-à-vis de ladurabilité, la prise en compte des actions environ-nementales et de la durée d’utilisation de projet.

Article 4.1 (1) (P) : « une structure durable doitsatisfaire aux exigences d’aptitude au service, derésistance et de stabilité pendant toute la duréed’utilisation de projet, sans perte significative defonctionnalité ni maintenance imprévue excessive ».


42

2.2 L’Eurocode 2 (Eurocode béton)

Sommaire de la norme NF EN 1992-1-1

Avant-propos national

Avant-propos européen

Section 1 Généralités

Section 2 Bases de calcul

Section 3 Matériaux

Section 4 Durabilité et enrobage des armatures

Section 5 Analyse structurale

Section 6 États limites ultimes (ELU)

Section 7 États limites de services (ELS)

Section 8 Dispositions constructives relatives aux armaturesde béton armé et de précontrainte – Généralités

Section 9 Dispositions constructives relativesaux éléments et règles particulières

Section 10 Règles additionnelles pour les élémentset les structures préfabriqués en béton

Section 11 Structures en béton de granulats légers

Section 12 Structures en béton non arméou faiblement armé

Annexes A à J


43

PRINCIPAUX SYMBOLES ET NOTATIONS DE L’EUROCODE BÉTON

A Aire de la section droite

Ac Aire de la section droite du béton

Ap Aire de la section de l’armatureou des armatures de précontrainte

As Aire de la section des armatures de béton armé

As,min Aire de la section minimale d’armatures

Asw Aire de la section des armatures d’efforttranchant

Ec, Ec(28) Module d’élasticité tangent à l’origine

Ecd Valeur de calcul du module d’élasticité dubéton

Ep Valeur de calcul du module d’élasticitéde l’acier de précontrainte

Es Valeur de calcul du module d’élasticitéde l’acier de béton armé

F Action

Fd Valeur de calcul d’une action

Fk Valeur caractéristique d’une action

Gk Valeur caractéristique d’une actionpermanente

I Moment d’inertie de la section de béton

L Longueur

M Moment fléchissant

MEd Valeur de calcul du moment fléchissantagissant

N Effort normal

NEd Valeur de calcul de l’effort normal agissant(traction ou compression)

P Force de précontrainte

Po Force initiale à l’extrémité active del’armature de précontrainte immédiatementaprès la mise en tension

Qk Valeur caractéristique d’une action variable

Qfat Valeur caractéristique de la charge de fatigue

R Résistance

V Effort tranchant

VEd Valeur de calcul de l’effort tranchant agissant

fc Résistance en compression du béton

fcd Valeur de calcul de la résistanceen compression du béton

fck Résistance caractéristique en compressiondu béton, mesurée sur cylindre à 28 jours

fcm Valeur moyenne de la résistance encompression du béton, mesurée sur cylindre

fctk Résistance caractéristique en traction directedu béton

fp Résistance en traction de l’acier deprécontrainte

fpk Résistance caractéristique en tractionde l’acier de précontrainte

f0,2k Valeur caractéristique de la limite d’élasticitéconventionnelle à 0,2 % de l’acier de béton armé

ft Résistance en traction de l’acier de béton armé

ftk Résistance caractéristique en tractionde l’acier de béton armé

fy Limite d’élasticité de l’acier de béton armé

fyd Limite d’élasticité de calcul de l’acier de bétonarmé

fyk Limite caractéristique d’élasticité de l’acier debéton armé

fywd Limite d’élasticité de calcul des armaturesd’effort tranchant

γA Coefficient partiel relatif aux actionsaccidentelles A

γC Coefficient partiel relatif au béton

γF Coefficient partiel relatif aux actions F

γC,fat Coefficient partiel relatif aux actionsde fatigue

γG Coefficient partiel relatif aux actionspermanentes G

γM Coefficient partiel relatif à une propriétéd’un matériau

γP Coefficient partiel relatif aux actionsassociées à la précontrainte P

γQ Coefficient partiel relatif aux actionsvariables Q

γS Coefficient partiel relatif à l’acier de bétonarmé ou de précontrainte

εc Déformation relative en compression du béton

εcu Déformation relative ultime du béton encompression

εu Déformation relative de l’acier de béton arméou de précontrainte sous charge maximale

εuk Valeur caractéristique de la déformationrelative de l’acier de béton armé ou deprécontrainte sous charge maximale

ν Coefficient de Poisson

ρw Pourcentage d’armatures longitudinales

Pw Pourcentage d’armartures d’effort tranchant

σc Contrainte de compression dans le béton

σcp Contrainte de compression dans le béton dueà une effort normal ou à la précontrainte

τ Contrainte tangente de torsion

Ø Diamètre d’une barre d’armature ou d’unegaine de précontrainte

ϕ(t,to) Coefficient de fluage, définissant le fluageentre les temps t et to, par rapport à ladéformation élastique à 28 jours

ϕ(∞,to)Valeur finale du coefficient de fluage

ψ Coefficients définissant les valeursreprésentatives des actions variables

ψo pour les valeurs de combinaison

ψ1 pour les valeurs fréquentes

ψ2 pour les valeurs quasi-permanentes


NotaL’Annexe Nationale de la normeNF EN 1992-1-1 reprend les mêmes sec-tions et paragraphes, soit pour définir lesparamètres et méthodes laissés au choixnational dans la partie européenne, soitpour apporter des commentaires noncontradictoires.

L’article 7.3 (Maîtrise de la fissuration) précise quela fissuration doit être limitée pour ne pas porteratteinte à la durabilité de la structure. Des limitesd’ouverture des fissures en fonction du type debéton (béton armé, béton précontraint) et de laclasse d’exposition sont imposées.

La section 8 prescrit les dispositions constructivesrelatives aux armatures de béton armé et de bétonprécontraint qui doivent être respectées pour satis-faire aux exigences de durabilité.

L’Annexe E prescrit des classes de résistance mini-males en fonction de la classe d’exposition pourassurer la durabilité de l’ouvrage. Cette classe derésistance à la compression du béton peut êtresupérieure à celle exigée pour le dimensionnementde la structure.

Section 2: bases de calcul

Cette section précise que les exigences de base dela norme NF EN 1990 doivent être respectées etque les actions doivent être définies conformé-ment à la série des normes NF EN 1991. Elleexplique en particulier comment prendre encompte les effets du retrait, du fluage de la pré-contrainte et des tassements différentiels. Elledonne les coefficients partiels relatifs aux maté-riaux à prendre en compte pour le calcul aux étatslimites ultimes.

Section 3: matériaux

La section 3 regroupe les données relatives auxmatériaux. Les propriétés des matériaux sontreprésentées par des valeurs caractéristiques.

NotaL’Eurocode NF EN 1990 préconise de défi-nir la valeur caractéristique d’une propriétéde matériau par le fractile 5 % lorsqu’unevaleur « basse » est défavorable (cas géné-ral), et par le fractile 95 % lorsqu’une valeur« haute » est défavorable.

Béton

Le béton est défini par sa résistance caractéristiqueà la compression sur cylindre à 28 jours notée(fractile 5 %). fck est compris entre 12 et 90 MPa.Pour le calcul des sections, deux types de dia-gramme contraintes-déformations sont proposés :– courbe parabole rectangle ;– courbe bilinéaire.


44

Tableau 8 : coefficients partiels relatifs aux matériaux

Situations γγc γγs (acier de γγs (acier dede projet (béton) béton armé) précontrainte)

DurableTransitoire

1,50 1,15 1,15

Accidentelle 1,20 1,00 1,00

εc2 εcu2

fck

fcd

εc

εc3 εcu3

fck

σc

σc

fcd

εc

α

tan α = Ecm

εc1 εcu1

fcm

0,4 fcm

εc

0

0

Contraintes

Déformations

Contraintes

Déformations

εc2 εcu2

fck

fcd

εc

εc3 εcu3

fck

σc

σc

fcd

εc

α

tan α = Ecm

εc1 εcu1

fcm

0,4 fcm

εc

0

0

Contraintes

Déformations

Contraintes

Déformations

Diagramme parabole rectangle

Diagramme bilinéaire


Les résistances de calcul du béton sont :– en compression fcd = αcc fck / γc– en traction fcd = αct fctk0,05 / γcAvec fck résistance caractéristiques sur cylindre

à 28 joursfctk0,05 fractile 5 % de la résistance en traction

défini à partir de la résistance moyenneen traction fctm

γc coefficient partiel relatif au bétonαcc et αct coefficients = 1

Aciers passifs

Les armatures sont conformes à la normeEN 10080. Leurs propriétés sont définies dans l’annexe normative C. La gamme de limite d’élasticité est comprise entre 400 et 600 MPa.

Les armatures autorisées sont toutes à haute adhé-rence et spécifiées selon trois classes de ductilité.

Le diagramme contraintes-déformations de calculcomporte une branche horizontale sans limite ouune branche inclinée.

Aciers de précontrainte

La norme EN 10138 donne les caractéristiques desarmatures de précontrainte. Les courbes contrain-tes déformations offrent deux possibilités : unebranche horizontale sans limite et une brancheinclinée.

Les dispositifs de précontrainte doivent êtreconformes à l’Agrément Technique Européen duprocédé.

Section 4: durabilité et enrobage des armatures

L’article 4.2 reprend les classes d’exposition défi-nies dans la norme NF EN 206-1. Cette classifica-tion est fonction des actions environnementalesauxquelles sont soumis l’ouvrage ou les partiesd’ouvrages.

Les exigences relatives à la durabilité (article 4.3)sont basées sur la mise en œuvre de dispositionsappropriées afin de protéger chaque partie d’ou-vrage des actions environnementales. Ces disposi-tions sont à prendre tout au long du cycle deconception jusqu’à la réalisation de l’ouvrage, enpassant par le choix des matériaux, des disposi-tions constructives, des procédures de maîtrise dela qualité et de contrôles d’inspection.

45

Diagrammesimplifié

Diagrammesde calcul

εud εuk

kfyk

fyk

σ

fyd = fyk/γs

fyd/Es ε0

Contraintes

Déformations

Diagramme contrainte-déformation simplifié et diagramme de calcul pour les aciers en béton armé

(tendus ou comprimés)


La norme décrit (Article 4.4) les règles de détermi-nation de l’enrobage nominal des armatures quireprésente la distance entre la surface du béton etl’armature la plus proche (cadres, étriers, épingles,armatures de peau, etc.). L’enrobage des armatu-res et les caractéristiques du béton d’enrobagesont des paramètres fondamentaux pour la maî-trise de la pérennité des ouvrages.

Les recommandations de l’Eurocode 2 en matièred’enrobage des bétons de structures sont novatri-ces. Elles visent, en conformité avec la normeNF EN 206-1 et les normes des produits préfabri-qués, à optimiser de manière pertinente la durabi-lité des ouvrages. En effet, la détermination de lavaleur de l’enrobage, qui doit satisfaire en particu-lier aux exigences de bonnes transmissions des forces d’adhérences et aux conditions d’environ-nement doit prendre compte :– la classe d’exposition dans laquelle se trouvel’ouvrage (ou la partie d’ouvrage) ;

– la durée d’utilisation de projet ;– la classe de résistance du béton ;– le type de systèmes de contrôles qualité mise enœuvre pour assurer la régularité des performan-ces du béton et la maîtrise du positionnementdes armatures ;

– le type d’armatures (précontraintes ou non) etleur nature (acier au carbone, inox) et leur éven-tuelle protection contre la corrosion ;

– la maîtrise du positionnement des armatures.

La valeur de l’enrobage peut ainsi être réduite enparticulier :– si l’on choisit un béton présentant une classe derésistance à la compression supérieure à la classede référence (définie pour chaque classe d’expo-sition) ;

– s’il existe un système de contrôle de la qualité ;– si l’on utilise des armatures inox.

L’Eurocode définit des « classes structurales », dansle tableau 4.3 NA qui permettent de déterminer enfonction de la classe d’exposition, l’enrobage mini-mum Cmin satisfaisant aux conditions de durabilité.Deux tableaux donnent la valeur de Cmin, en fonc-tion de la classe structurale, l’un pour les armaturespassives et l’autre pour les câbles ou armatures deprécontraintes.


46

L’enrobage qui figure sur les plans est l’enrobagenominal Cnom :

Cnom = Cmin + ∆Cdev∆Cdev est la tolérance de pose des aciers. Elle estprise normalement égale à 10 mm.L’Eurocode 2 permet aussi de dimensionner l’ou-vrage pour une durée d’utilisation supérieure enaugmentant la valeur de l’enrobage (+ 10 mm pourpasser de 50 à 100 ans).

Le LCPC a édité un guide technique intitulé :« Structures en béton conçues avec l’Eurocode 2 –Note technique sur les dispositions relatives à l’en-robage pour l’application en France ». Les règles decalcul des enrobages de l’Eurocode 2 y sont expli-citées. Les spécificités nationales telles que la priseen compte des classes d’exposition liées aux envi-ronnements chimiquement agressifs sont présen-tées.

NotaLe tableau 4.1 définit les classes d’exposi-tion en fonction des conditions d’environ-nement en conformité avec la normebéton NF EN 206-1.

Section 5: analyse structurale

Ce chapitre présente les principes de modélisationde la structure qui est constituée d’éléments < ouplans (dalles, poteaux, voiles).

• Une poutre est un élément dont la portée estsupérieure ou égale à trois fois la hauteur totale dela section. Lorsque ce n’est pas le cas, il convientde la considérer comme une poutre-cloison.

• Une dalle est un élément dont la plus petitedimension dans son plan est supérieure ou égale àcinq fois son épaisseur totale.

• Un poteau est un élément dont le grand côté dela section transversale ne dépasse pas quatre fois lepetit côté de celle-ci et dont la hauteur est au moinségale à trois fois le grand côté. Lorsque ce n’est pasle cas, il convient de la considérer comme un voile.

Les effets du second ordre doivent être pris encompte. Des imperfections géométriques sontpour ce faire définies.


Article 5.1.1

L’analyse structurale a pour objet de déterminer ladistribution, soit des sollicitations, soit des contrain-tes, déformations et déplacements de l’ensembleou d’une partie de la structure. Si nécessaire, uneanalyse locale complémentaire doit être effectuée.

La détermination des sollicitations et des déforma-tions peut être basée sur un modèle de comporte-ment :– linéaire élastique (sollicitations proportionnellesaux actions) ;

– linéaire avec redistribution limitée des moments(pour les vérifications à l’ELU) ;

– plastique ;– non linéaire ;– faisant appel à une décomposition en bielles eten tirants.

NotaL’analyse linéaire peut être utilisée pour ladétermination des sollicitations, avec leshypothèses suivantes :– sections non fissurées ;– relations contrainte-déformation linéaires ;– valeurs moyennes du module d’élasticité.

La méthode des bielles et tirants définit les bielles,les tirants, les divers types de nœuds pouvant lesrelier et permet de calculer les efforts et le fer-raillage correspondant.

L’instabilité des éléments principalement compri-més est abordée via des méthodes de vérificationsspécifiques.

Section 6: États Limites Ultimes

Les États Limites Ultimes (ELU) font l’objet de lasection 6.

Flexion simple et composée

Les hypothèses pour la détermination du momentrésistant ultime de sections droites de béton armésont les suivantes :– les sections planes restent planes ;– les armatures adhérentes qu’elles soient tenduesou comprimées, subissent les mêmes déforma-tions relatives que le béton adjacent ;

– la résistance en traction du béton est négligée ;– les contraintes dans le béton comprimé se déduisentdu diagramme contrainte-déformation de calcul;

– les contraintes dans les armatures de béton armése déduisent des diagrammes de calcul.

47

La figure 6.1 de la norme NF EN 1992-1-1 présentele diagramme des déformations relatives admissi-bles à l’ELU.

La déformation en compression du béton doit êtrelimitée à 3,5 ‰ pour les bétons de résistance infé-rieure ou égale à 50 MPa.La déformation en compression pure du béton doitêtre limitée à 2,0 ‰ dans le cas d’utilisation dudiagramme parabole rectangle.La déformation des armatures de béton armé estlimitée à εud, si cette limite existe.

Effort tranchant

Pour la vérification de la résistance à l’effort tran-chant, on désigne par :VRd,c effort tranchant résistant de calcul de l’élé-

ment en l’absence d’armatures d’efforttranchant ;

VRd,s effort tranchant de calcul pouvant êtrerepris par les armatures d’effort tranchanttravaillant à la limite d’élasticité ;

VRd,max valeur de calcul de l’effort tranchant maxi-mal pouvant être repris par l’élément, sansécrasement des bielles de compression ;

VEd effort tranchant de calcul résultant des char-ges appliquées ;

VRd effort tranchant résistant avec des armatu-res d’effort tranchant.

Si VEd ≤ VRd,c, aucune armature d’effort tranchantn’est requise par le calcul. Un ferraillage transversalminimal est généralement nécessaire.


Si VEd > VRd,c, il convient de prévoir des armaturesd’effort tranchant de sorte que :

VEd ≤ VRd

Le calcul des armatures d’effort tranchant estdéterminé en utilisant un modèle de type treillisconstitué :– d’une membrure comprimée correspondant aubéton soumis à un effort de compression Fcd.

– d’une membrure tendue correspondant auxarmatures longitudinales soumises à un effort detraction Ftd.

– des bielles de béton comprimées, d’inclinaisond’angle θ par rapport à la fibre moyenne (incli-naison choisie arbitrairement entre 22° et 45°).

– d’armatures d’effort tranchant, d’inclinaisond’angle α par rapport à la fibre moyenne.

La section d’armatures d’effort tranchant Asw, pla-cée perpendiculairement à la fibre neutre, est don-née par la formule :

VRd,s =Asw z fywd cot θs

Avecs espacement des armatures d’effort tran-

chant ;z bras de levier des forces internes

(z = 0,9 d – d : hauteur utile de lasection) ;

θ tel que 1 ≤ cot θ ≤ 2,5 ;fywd limite d’élasticité de calcul des armatures

d’effort tranchant.


48

Poinçonnement

Le poinçonnement est provoqué par l’applicationd’une charge concentrée ou d’une réaction d’appuisur une surface relativement faible, telle qu’unedalle appuyée ou encastrée sur un poteau ou unefondation.

La détermination de la résistance au poinçonne-ment de la dalle permet de vérifier la nécessitéd’armatures de poinçonnement.

Section 7: États Limites de Service

La section 7 est consacrée aux États Limites deService (ELS). Les ELS sont associés à des états dela structure, ou de certaines de ses parties, lui cau-sant des dommages limités mais rendant sonusage impossible dans le cadre des exigences défi-nies lors de son projet (exigences de fonctionne-ment, de confort pour les usagers ou d’aspect). Ilssont définis en tenant compte des conditions d’ex-ploitation ou de durabilité de la construction ou del’un de ses éléments : sans qu’il puisse en résulter,du moins à court terme, la ruine de la construction.

Les États Limites de Service courants concernent :– la limitation des contraintes ;– la maîtrise de la fissuration ;– la limitation des flèches.


Trois types de combinaisons d’actions sont àprendre en compte :– combinaisons caractéristiques ;– combinaisons fréquentes ;– combinaisons quasi-permanentes.Pour les ELS, les vérifications consistent à s’assurerque la valeur de calcul de l’effet des actions estinférieure à la valeur limite de calcul du critèred’aptitude au service considéré.

Le calcul des contraintes est fait :– soit en section homogène, si la contrainte maxi-male du béton en traction calculée sous combi-naison caractéristique est inférieure à fctm ;

– soit en section fissurée, en négligeant toutecontribution du béton tendu.

Limitation des contraintes :– la contrainte de compression dans le béton estlimitée afin d’éviter les fissures longitudinales oules micro-fissures ;

– les contraintes de traction dans les armaturessont limitées afin d’éviter des fissurations ou desdéformations inacceptables.

Maîtrise de la fissuration :– un enrobage convenable n’est pas la seule condi-tion pour assurer la protection des armaturescontre la corrosion, il faut aussi limiter la fissura-tion du béton.

– la fissuration est limitée afin de ne pas porter pré-judice au bon fonctionnement ou à la durabilitéde la structure ou encore qu’elle ne rende passon aspect inacceptable.

Pour limiter la fissuration, il convient de prévoir desarmatures de section suffisante afin que leurcontrainte ne dépasse pas les valeurs convenablesen fonction des conditions d’exposition et de ladestination de l’ouvrage.

L’Eurocode 2 Partie 1-1 formule en 7.3.3 et 7.3.4les prescriptions visant à maîtriser la fissuration.

49

Elles consistent à respecter, au choix, un diamètremaximal ou un espacement maximal des barres.

La vérification a pour objet de s’assurer que l’ou-verture maximale calculée des fissures n’excèdepas une valeur limite, fonction en particulier de laclasse d’exposition. La limitation de l’ouverturedes fissures est obtenue en prévoyant un pourcen-tage minimal d’armatures passives et en limitantles distances entre les barres et les diamètres decelles-ci. Les valeurs recommandées d’ouverturedes fissures en fonction de la classe d’expositionsont indiquées dans le tableau ci-dessous.

Une quantité minimale d’armature (As,min) estnécessaire pour maîtriser la fissuration dans leszones soumises à des contraintes de traction. As,min

est fonction de l’aire de la section droite de bétontendu et de la contrainte maximale admise dansl’armature.

Le diamètre maximal des armatures et leur espa-cement maximal sont déterminés en fonction de lavaleur de l’ouverture de la fissure et de lacontrainte de traction dans les armatures. Parexemple pour une ouverture de fissure de 0,3 mm,pour une contrainte de traction dans les armaturesde 360 MPa, le diamètre minimal et les espace-ments maximaux seront respectivement 8 mm et50 mm.

Limitation des flèches

Des valeurs limites appropriées des flèches sontfixées, en tenant compte de la nature de l’ouvrage,de ses aménagements et de sa destination. Ladéformation d’un élément ou d’une structure nedoit pas être préjudiciable à son fonctionnementou son aspect. Il convient de limiter les déforma-tions aux valeurs compatibles avec les déformationsdes autres éléments liés à la structure tels que parexemple les cloisons, les vitrages, les bardages.

Tableau 9 : valeurs recommandées d’ouverture des fissures en fonction de la classe d’exposition

Éléments en béton armé et éléments Éléments en béton précontraintClasse d’exposition en béton précontraint sans armature adhérente avec armatures adhérentes

Combinaison quasi-permanente de charges Combinaison fréquente de charges

XO, XC1 0,4 mm 0,2 mm

XC2, XC3, XC4 0,3 mm 0,2 mm

XD1, XD2, XD3, XS1, XS2, XS3 0,2 mm Décompression

Extrait du tableau 7.1N de lʼAnnexe Nationale de la norme NF EN 1992-1-1.


Section 8: dispositions constructivesrelatives aux armatures de béton arméet de précontrainte

Cette section donne les règles pratiques néces -saires à la réalisation des plans d’exécution. Elletraite des exigences relatives à la possibilité debétonnage correct et définit les distances minima-les des armatures permettant la transmission desforces d’adhérence.Elle précise les règles pour la détermination des :– espacements horizontaux et verticaux, des arma-tures ;

– diamètres des mandrins cintrage des barres ;– ancrages des armatures longitudinales et desarmatures d’effort tranchant ;

– recouvrements des barres, des treillis et despaquets de barres ;

– ancrages des armatures de précontrainte par pré-tension ;

– disposition des armatures et des gaines de pré-contrainte ;

– dispositifs de paquets de barres ;– zones d’ancrage de précontrainte.

Section 9: dispositions constructivesrelatives aux éléments et règles particulières

Cette section, précise quelques règles complémen-taires relatives aux pourcentages minimaux d’ar-matures, aux espacements minimaux des barres.Elles sont classées par éléments structuraux :poteaux, poutres, dalles pleines, voiles, poutres-cloisons, planchers dalles et fondations. Elle précise aussi les règles relatives au chaînage etles règles d’arrêt des armatures longitudinales ten-dues. « L’épure d’arrêt des barres » permet de prévoirle ferraillage suffisant pour résister à l’enveloppe desefforts de traction en prenant en compte les résis-tances des armatures dans leur longueur d’ancrage.Il convient de prévoir :– des chaînages périphériques à chaque plancher ;– des chaînages intérieurs à chaque plancher ;– des chaînages horizontaux des poteaux ou desvoiles à la structure ;

– et si nécessaire, des chaînages verticaux, en par-ticulier dans des bâtiments construits en pan-neaux préfabriqués.


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Les chaînages dans deux directions horizontalesdoivent être effectivement continus et ancrés enpériphérie de la structure.

Section 10: règles additionnelles pour les éléments et les structures préfabriqués en béton

La section 10 expose les effets des traitementsthermiques sur les caractéristiques des bétons(résistance, fluage et retrait), sur la relaxation desaciers et sur les pertes par relaxation. Elle préciseaussi des dispositions constructives spécifiques etdes règles de conception concernant les assembla-ges et les joints.

Section 11: structures en béton de granulats légers

Cette section regroupe toutes les spécificités rela-tives aux structures en béton de granulats légers.

Section 12: structures en béton armé oufaiblement armé

Cette section fournit des règles complémentairespour les structures en béton non armé ou lorsquele ferraillage mis en place est inférieur au minimumrequis pour le béton armé.

2.2.2 - Eurocode 2 – partie 1-2

L’Eurocode 2 partie 1-2 « Règles générales, calculdu comportement au feu » précise les principes, lesexigences et les règles de dimensionnement desbâtiments exposés au feu.

Cette norme traite des aspects spécifiques de laprotection incendie passive des structures et desparties de structures. Elle traite du calcul des struc-tures en béton en situation accidentelle d’expo-sition au feu. Elle est utilisée conjointement avecles normes NF EN 1992-1-1 et NF EN 1991-1-2.


Elle précise uniquement les différences, ou les élé-ments supplémentaires, par rapport au calcul auxtempératures normales.

Les structures en béton soumises à une exigencede résistance mécanique sous condition d’incen-die, doivent être conçues et réalisées de telle sortequ’elles puissent maintenir leur fonction porteusependant l’exposition au feu en évitant une ruineprématurée de la structure et en limitant l’exten-sion du feu.

CIMʼFEU EC2, le logiciel de calcul au feudes structures en béton

La norme NF EN 1992-1-2 donne trois méthodesde calcul pour satisfaire aux exigences requises :– emploi des méthodes tabulées ;– utilisation de calculs simplifiés (analyse par élé-ments) ;

– application de calculs avancés (calcul de la struc-ture dans son ensemble).

Les exigences ou fonctions concernent :– la fonction porteuse (R) ;– la fonction étanchéité (E) ;– la fonction Isolation (I).

Ainsi, un élément structural est classé selon cesexigences et pour une durée requise. Par exemple,un mur porteur classé REI pendant une duréedéterminée (ex : REI 120) représente une cloisonporteuse ou un mur coupe-feu qui assure cettefonction pendant deux heures (120 minutes).

Pour faciliter le travail desprojeteurs et des contrô-leurs techniques, Cimbétona fait développer par leCSTB un logiciel de calculau feu « CIM’FEU versionDTU(93) NF P 92-701 ».

La version Eurocode 2 dulogiciel « CIM’FEU EC2 »sera disponible courant2009. Ce logiciel, qui intègre la méthode de calculgénéral par éléments (calcul du champ de tempé-rature dans toute la section), permet de calculer lespoutres rectangulaires et en I, les murs et cloisons,les poteaux ronds et carrés, les dalles des élémentsen béton armé et précontraints.

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2.2.3 - Eurocode 2 – partie 2

L’Eurocode 2 partie 2 (NF EN 1992-2) définit lesprincipes, les règles de conception et les disposi-tions spécifiques pour les ponts en béton nonarmé, en béton armé et en béton précontraintconstitué de granulats de masse volumique tradi-tionnelle ou légers, en complément de ceux de lanorme NF EN 1992-1-1.

Cette partie, dont le sommaire est identique à celuide la partie 1-1, regroupe les articles spécifiquesaux Ponts, soit en les réécrivant, soit en ajoutant unnouvel article. Les articles inchangés ne sont pasrepris.

Elle précise – section 4 article 4.2 – les exigencessur les conditions d’environnement, en particulier,relatives aux classes d’exposition pour les surfacesde béton protégées par une étanchéité ou expo-sées aux agressions des sels de déverglaçage. Cesexigences ont été complétées dans l’AnnexeNationale française :– classe d’exposition pour surfaces protégées parune étanchéité : XC3 ;

– distances de l’effet des sels de déverglaçage parrapport à la chaussée (6 m dans le sens horizon-tal et dans le sens vertical) ;

– classes d’exposition pour surfaces soumisesdirectement aux sels de déverglaçage : XD3 etXF2 ou XF4.

La section 8 concerne les dispositions construc -tives relatives aux armatures de béton armé et deprécontrainte.

L’annexe B détaille plus précisément le calcul desdéformations dues au fluage et au retrait.

2.2.4 - Eurocode 2 – partie 3

L’Eurocode 2, partie 3 « Silos et Réservoirs » pré-sente les règles complémentaires à l’Eurocode 2partie 1-1 pour le calcul des structures en bétonnon armé, en béton armé et en béton précontraint,destinées à contenir des liquides ou stocker desproduits granulaires ou pulvérulents. Elle est utilisée conjointement avec la norme NF EN 1991,partie 4.


2.3.1 - Pourquoi armer le béton?

Le béton possède une grande résistance à la com-pression et une résistance moindre à la traction.Dans les structures en béton se développe unensemble de contraintes générées par les diversesactions auxquelles elles sont soumises. La résis-tance à la compression du béton lui permet d’équi-librer correctement les contraintes de compression.Par contre, du fait de la relative faiblesse de sarésistance à la traction, il n’en est pas de mêmepour les contraintes de traction. C’est pourquoi l’ondispose dans les parties tendues d’une pièce enbéton, des armatures (barres ou treillis soudés) enacier (matériau qui présente une bonne résistanceà la traction). Chaque constituant joue ainsi son rôleau mieux de ses performances : le béton travailleen compression et l’acier en traction. Ce matériauest appelé béton armé.

L’idée d’associer au béton des armatures d’acierdisposées dans les parties tendues revient àJ. Lambot (1848) et à J. Monier (1849), qui déposaun brevet pour des caisses horticoles en cimentarmé. Les premières applications du béton armédans des constructions sont dues à E. Coignet, puisà F. Hennebique, qui a réalisé le premier immeubleentièrement en béton armé en 1900.

La quantité d’armatures et leur disposition, dictéespar la répartition des contraintes, résultent de cal-culs qui font appel aux lois de comportement desmatériaux. Les bétons sont en majorité employésen association avec des armatures en acier. Lesarmatures sont dans le cas du béton armé appelées« armatures passives » en opposition des « arma-tures actives » du béton précontraint.

2.3.2 - Principes du calcul du béton armé

Les règles de calcul sont conçues de façon à garan-tir la sécurité et la pérennité des structures. Ils précisent le niveau maximal des actions pouvants’exercer sur un ouvrage pendant sa durée d’utili-sation.

Ce niveau est atteint par la prise en compte dansles calculs de valeurs caractéristiques des actions etde coefficients de sécurité majorant les sollicita-tions qui résultent de ces actions. La probabilitéd’occurrence simultanée d’actions indépendantespeut être très variable selon leur nature. Il est doncnécessaire de définir les combinaisons d’actions


52

2.3 Le béton armé

Par exemple, une poutre horizontale enbéton reposant sur deux appuis s’incurve versle bas sous l’effet de son propre poids et descharges qu’on lui applique. Plus la chargeappliquée à la poutre augmente, plus la pou-tre s’incurve vers le bas et plus la partie infé-rieure de la poutre s’allonge. La partiesupérieure de la poutre se raccourcit, elle estdonc soumise à une compression. La partieinférieure de la poutre s’allonge ; elle est sou-mise à un effort de traction. Lorsqu’on aug-mente les charges sur la poutre, lesdéformations s’accentuent, de même que lestractions dans la partie inférieure et les com-pressions dans la partie supérieure.

Le principe du béton armé consiste à placerdes armatures en acier dans la partie infé-rieure de la poutre, qui vont résister auxefforts de traction. Une poutre en bétonarmé peut ainsi supporter des charges beau-coup plus importantes qu’une poutre enbéton non armé.


dans lesquelles, à la valeur caractéristique d’uneaction dite de base, s’ajoutent des valeurs caracté-ristiques minorées d’autres actions dites d’accom-pagnement.

Des coefficients de sécurité minorateurs sont aussiappliqués aux valeurs des résistances caractéris-tiques des matériaux utilisés.

Les valeurs de ces coefficients sont différentesselon les principes de calcul adoptés. Le calcul dit« aux contraintes admissibles » (utilisé avant la miseau point des règles BAEL) conduisait seulement àvérifier que les contraintes de service d’un élémentde structure demeuraient à l’intérieur d’undomaine défini par les valeurs bornées descontraintes ; celles-ci étaient égales aux contraintesde rupture des matériaux, minorées par un coeffi-cient de sécurité. Cette méthode ne reflétait pastoujours la sécurité réelle offerte par les structures.

C’est pourquoi la méthode de calcul « aux étatslimites », qui se fonde sur une approche semi-pro-babiliste de la sécurité, lui a été substituée. Cettedémarche permet de dimensionner une structurede manière à offrir une probabilité acceptable dene pas atteindre un « état limite », qui la rendraitimpropre à sa destination. Elle conduit à considé-rer deux familles d’états limites : les États Limitesde Service (ELS) et les États Limites Ultimes (ELU).

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PRINCIPES DE DIMENSIONNEMENT D’UNE STRUCTURE EN BÉTON ARMÉ

Les actions appliquées à l’ouvrage conduisentà des effets sur la structure :

efforts – déformations

qui se traduisent par des sollicitations(moment fléchissant, effort normal, efforttranchant, etc.).

Les matériaux composant la structure résis-tent à ces effets.

Principe général : les effets des actions doiventêtre inférieurs aux résistances des matériaux.

NotaCompte tenu des incertitudes sur lesactions appliquées et les résistances desmatériaux, on introduit des marges desécurité, sous forme de coefficients desécurité ou de pondération.

Quatre étapes pour le dimensionnement

1. Modélisation de la structure et détermina-tion des actions qui lui sont appliquées et desclasses d’exposition (pour tenir compte desactions environnementales).

2. Détermination des sollicitations et choixdes caractéristiques et des résistances desmatériaux (en fonction des performances àatteindre en phase d’exécution : coulage,décoffrage, manutention, etc.) et en phased’utilisation.

3. Détermination des sections d’armatures :– armatures de flexion ;– armatures d’effort tranchant ;– armatures de torsion ;– armatures de peaux…

Pour chaque état limite, pour chaque sectionde la structure étudiée, il faut montrer, pourle cas de charge le plus défavorable, sous lacombinaison d’action considérée, que la solli-citation agissante ne dépasse pas la résistancedu matériau.

4. Dessin des armatures (plans) prenant encompte les diverses dispositions constructiveset les contraintes d’exécution du chantier.


Résistances du béton

La résistance à la compression du béton est dési-gnée conformément à la norme NF EN 206-1 pardes classes de résistance (C) liées à la résistancecaractéristique (fractile 5 %) mesurée sur cylindrefck,cyl ou sur cube fck,cube à 28 jours.

Les résistances caractéristiques fck (mesurée surcylindre) et les caractéristiques mécaniques cor-respondantes, nécessaires pour le calcul, sont données dans le tableau ci-dessous (extrait dutableau 3.1 de la norme NF EN 1992-1-1).

Avec :fck résistance caractéristique en compression

du béton, mesurée sur cylindre à 28 jours fck,cube résistance à la compression caractéristique

sur cube fctm valeur moyenne de la résistance à la tractionfctk0,05 valeur inférieure de la résistance caractéris-

tique à la traction (fractile 5 %)fctk0,95 valeur inférieure de la résistance caractéris-

tique à la traction (fractile 95 %)Ecm module d’élasticité sécant du béton

Résistance du béton en fonction du temps

La résistance en compression du béton en fonctiondu temps est prise égale à :

fck(t) = fcm (t) – 8 (MPa) pour 3 < t < 28 joursfck(t) = fck pour t ≥ 28 jours.

NotaL’article 3.1.2 donne une formule permet-tant de déterminer plus précisément larésistance en compression et en tractiondu béton en fonction du temps selon letype de ciment.

2.3.3 - Caractéristiques du béton

Les propriétés pour le dimensionnement du bétonsont définies dans la section 3 (article 3.1) de lanorme NF EN 1992-1-1 complétée par son AnnexeNationale.


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Tableau 10 : caractéristiques de résistance des bétons

fck (MPa) 20 25 30 35 40 45 50 90

fck,cube (MPa) 25 30 37 45 50 55 60 105

fctm (MPa) 2,2 2,6 2,9 3,2 3,5 3,8 4,1 5,0

fctk,0,05 (MPa) 1,5 1,8 2,0 2,2 2,5 2,7 2,9 3,5

fctk,0,95 (MPa) 2,9 3,3 3,8 4,2 4,6 4,9 5,3 6,6

Ecm (GPa) 30 31 33 34 35 36 37 44


Déformation élastique et fluage

Les articles 3.1.3 et 3.1.4 de la norme NF EN 1992-1-1 précisent les données nécessairesà la détermination respectivement du module d’élas ti ci té et du coefficient du fluage.

Résistance de calcul

Les résistances de calcul sont définies dans l’article3.1.6.En compression fcd = αcc fck / γCEn traction fctd = αct fctk0,05 / γC

Avec :γC coefficient de sécurité = 1,5 pour les

situations durables et transitoires ;αcc et αct coefficients = 1.

Diagramme contrainte-déformation

Pour le calcul des sections deux types de dia-gramme sont proposés :– diagramme parabole rectangle ;– diagramme bilinéaire.

2.3.4 - Actions et combinaisonsd’actions

Les actions

Les actions sont constituées par les forces et lescouples résultant des charges appliquées ou lesdéformations imposées à la structure. On distinguetrois types d’actions.

• Les actions permanentes dues au poids proprede la structure et au poids total des équipementsfixes. Les poussées de terre ou la pression d’unliquide (pour les murs de soutènement, les réser-voirs…) sont également prises en compte commeactions permanentes.

• Les actions variables dues aux charges d’exploi-tation, aux charges climatiques, aux charges appli-quées en cours d’exécution, aux déformationsprovoquées par les variations de température.

• Les actions accidentelles dues aux séismes, auxexplosions, aux incendies.

En fonction de la destination des locaux ou desouvrages, les actions retenues pour les calculs sontdéfinies par des normes (série des normesNF EN 1991).

Les combinaisons dʼactions

Dans les calculs justificatifs de béton armé, onconsidère des sollicitations dites de calcul, qui sontdéterminées à partir de combinaisons d’actions.

Les sollicitations élémentaires

Les sollicitations élémentaires sont les efforts(effort normal, effort tranchant) et les moments,appliqués aux éléments de la structure. Elles sontdéterminées, à partir des actions considérées, pardes méthodes de calcul appropriées faisant géné-ralement appel à la résistance des matériaux ou àdes études de modélisation.

Efforts normaux

• Compression simpleLorsqu’un poteau, par exemple, n’est soumis, enplus de son poids propre, qu’à une charge F appli-quée au centre de gravité de sa section, il est ditsollicité en compression simple. Ce cas théoriquen’est pratiquement jamais réalisé, la force F résul-tante étant généralement excentrée par rapport àl’axe du poteau. Le poteau est aussi en généralsoumis des efforts horizontaux qui provoquent unmoment fléchissant.

• Traction simpleCe cas correspond à une pièce soumise à un effortde traction (suspentes, tirants). Le calcul permet dedimensionner les armatures longitudinales néces-saires pour reprendre cet effort que le béton neserait pas à même de supporter.

Flexion

Dans une poutre fléchie, les fibres inférieures sou-mises à des contraintes de traction s’allongent,alors que les fibres supérieures en compression seraccourcissent. Si l’on considère une portion depoutre dont toutes les fibres avaient une longueurlo avant déformation, chaque fibre présentera,

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après déformation, une longueur l1 = lo + Ky, enadmettant l’hypothèse que chaque section droitereste plane après déformation de la poutre.

L’équilibre de la résultante des forces de traction etde celle des forces de compression dans chaquesection se traduit par l’égalité :

Nbc x z = Nst x z = Mf

Avec :Nbc résultante des efforts de compression ;Nst résultante des efforts de traction (repris par

les armatures) ;Mf moment fléchissant dans la section consi-

dérée.Z bras de levier du couple de flexion.

Effort tranchant

L’effort dit tranchant entraîne, pour une poutrehomogène, une fissuration qui se développe àenviron 45° par rapport à la ligne moyenne de lapoutre.

Fissuration et amorce de rupture provoquée par l’effort tranchant.


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Pièces fléchies hyperstatiques

On rencontre des poutres continues reposant surplus de deux appuis (poutres hyperstatiques) com-portant des porte-à-faux, des encastrements. Lecas schématique suivant permet de comprendrel’inversion des moments fléchissants (pas nécessai-rement au niveau des appuis) et montre que lesparties tendues peuvent se trouver dans la zonesupérieure de la poutre.

En reportant la valeur du moment fléchissant enchaque point de la poutre, on obtient un dia-gramme des moments fléchissants qui permet devisualiser sa variation. Ce moment est nul sur l’ap-pui A (lorsqu’il n’y a aucun encastrement), passepar un maximum dans la travée AB, avant de chan-ger de signe et passer par un maximum au niveaude l’appui B.

2.3.5 - Modélisation d’une structure

Pour le dimensionnement, une structure est décom-posée en éléments tels que : poutres, poteaux, dal-les, voiles, etc.Une poutre est un élément dont la portée est supé-rieure ou égale à trois fois la hauteur totale de lasection.Une dalle est un élément dont la plus petite dimen-sion dans son plan est supérieure ou égale à cinqfois son épaisseur totale.Un poteau est un élément dont le grand côté de lasection transversale ne dépasse pas quatre fois lepetit côté et dont la hauteur est au moins égale àtrois fois le grand côté. Si ce n’est pas le cas, il estconsidéré comme un voile.

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DÉMARCHE POUR LE DIMENSIONNEMENT D’UNE POUTRE

EN BÉTON ARMÉ ISOSTATIQUE

> Données :– caractéristiques géométriques de la poutre ;– caractéristiques des matériaux : béton etarmatures ;

– classes d’exposition.

> Charges – actions :– charges permanentes ;– charges d’exploitation ;– charges climatiques.

> Combinaisons d’actions– ELS : combinaison caractéristique ;

combinaison quasi-permanente ;– ELU: combinaison fondamentale ;

combinaison accidentelle.

> Détermination des armatures longitudinales (de flexion)

– ELU: flexion à mi-travéecalcul des armatures en travée

– ELS : vérification – limitation de la compression du béton, maîtrise de la fissuration (calcul de l’ouverturedes fissures) et calcul de la flèche.

– Epure d’arrêt des armatures longitudinales.

> Détermination des armatures d’effort tranchant

> Détermination des armatures des zonesd’about

Les normes de dimensionnement fournissent desrègles pour le calcul des éléments les plus courantset leurs assemblages.

NotaL’article 5.3.2.2 de la norme NF EN 1922-1-1précise comment déterminer la portéeutile (leff) des poutres et des dalles dansles bâtiments pour différentes conditionsd’appui.


2.3.6 - Éléments de dimensionnementpour les éléments courants

Ces exigences sont extraites de la section 9 de lanorme NF EN 1992-1-1 : « dispositions constructi-ves relatives aux éléments et règles particulières ».

Poteaux

Le dimensionnement des armatures consiste àdéterminer :– les armatures longitudinales ;– les armatures transversales.

Armatures longitudinales

Les armatures longitudinales sont réparties dans lasection au voisinage des parois de façon à assurerau mieux la résistance à la flexion de la pièce dansles directions les plus défavorables.


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MÉTHODE DES BIELLES ET TIRANTS

La norme NF EN 1992-1-1 propose la méthodedes « Bielles et Tirants » pour la justificationaux États Limites Ultimes (article 6.5).

Cette méthode peut être utilisée lorsqu’ilexiste une distribution non linéaire des déformations relatives, par exemple auxniveaux d’appuis ou à proximité de chargesconcentrées.

Les modèles bielles et tirants sont constitués :– de bielles représentant les champs decontraintes de compression ;

– de tirants représentant les armatures ;– de nœuds qui assurent leur liaison.

Les efforts dans les éléments du modèle sontdéterminés pour assurer l’équilibre avec lescharges appliquées à l’ELU.

Cette méthode est utilisée par exemple, pourle dimensionnement de semelles sur pieux oudes corbeaux.

> Justification des bielles de bétonLa résistance de calcul d’une bielle de béton,en l’absence de traction transversale estdonnée par la formule : σRd,max = fcdLa résistance de calcul d’une bielle de béton enprésence de traction est : σRd,max = 0,6 υ’ fcdavec : υ’ = 1 – fck

250fcd résistance de calcul en compression

fcd = αcc fck / γcAvec :

fck résistance caractéristique en compression du béton mesurée surcylindre à 28 jours

αcc coefficient égal à 1γC Coefficient partiel relatif au béton

> Justification des tirants constitués d’armatures

La résistance des armatures est limitée àfyd = fyk / γsAvec :fyd résistance de calcul en traction

fyk contrainte élastique caractéristique

γs coefficient partiel de l’acier

Les armatures doivent être convenablementancrées dans les nœuds.


Il convient de prévoir :– au moins quatre armatures dans les poteaux cir-culaires ;

– une armature dans chaque angle pour lespoteaux de section polygonale.

Chaque armature placée dans un angle doit êtremaintenue par des armatures transversales.

La section totale d’armatures longitudinales doitêtre supérieure à une section minimale. La valeurrecommandée est :

As, min = 0,10 NEd , avec un minimum de 0,002Acfydavec :NEd effort normal de compression agissant ;fyd limite d’élasticité de calcul des armatures ;

Ac aire de la section droite du béton.

Elle ne doit pas être supérieure à une valeur maxi-male As,max (valeur recommandée 0,04 Ac).

Armatures transversales

Les armatures transversales sont disposées en planssuccessifs perpendiculairement à l’axe longitudinaldu poteau. Elles assurent un ceinturage sur le contourde la pièce entourant toutes les armatures longitu-dinales. Le diamètre et l’espacement des armatu-res transversales font l’objet de limites inférieures.

Voiles

Les quantités d’armatures verticales sont compri-ses entre :

As,min = 0,002 Ac et As,max = 0,04 Ac

Les armatures horizontales doivent être supé -rieures à As,min = 0,25 x la section d’armatures verticales avec un minimum de 0,0001 Ac.

Poutres

Armatures longitudinales

Les efforts de traction maximum en partie bassesont entièrement repris par les aciers longitudinauxqui sont positionnés le plus bas possible, tout enconservant un enrobage suffisant.

La section d’armatures longitudinales doit êtresupérieure à As,min.

As,min = 0,26 fctm btd et As,min ≥ 0,0013 btd.fyk

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Avec :fyk limite caractéristique d’élasticité de l’acier fctm valeur moyenne de la résistance en traction

directe du béton bt largeur moyenne de la zone tendued hauteur utile de la section droite

La section maximale d’armatures est limitée à :As,max = 0,04 Ac

avec :Ac aire de la section droite du béton

L’article 9.2.1.3 de la norme NF EN 1992-1-1 précise les règles à appliquer relatives à l’épured’arrêt des barres.

NotaDes armatures longitudinales sont aussidisposées en partie haute. Elles sont desti-nées à faciliter la mise en place des arma-tures transversales dont la fonction est lareprise de l’effort tranchant.

Dans le cas des poutres hyperstatiques (poutrescontinues sur plusieurs appuis, encastrement), desefforts de traction se développent localement enpartie supérieure de la poutre, ce qui conduit à yprévoir des armatures longitudinales (chapeaux).


Armatures transversales

Le taux d’armatures d’effort tranchant est égal à :

ρw = Asw

sbw sin α

avec ρw,min =0,08 √fck

fyk

avec :Asw section d’armatures d’effort tranchant sur

une longueur ss espacement des armatures d’effort tran-

chantbw largeur de l’âme de l’élémentα angle d’inclinaison entre ces armatures et

l’axe longitudinal de l’élémentfck résistance caractéristique en compression

du béton, mesurée sur cylindre à 28 joursfyk limite caractéristique d’élasticité de l’acier

Dalles

Les dispositions des poutres relatives aux pour-centages minimaux et maximaux et à l’épure d’arrêt des barres s’appliquent. L’article 9.10 de lanorme NF EN 1992-1-1 précise les dispositionsrelatives aux armatures des chaînages (périphé-riques, intérieurs, horizontaux, verticaux).

Autres éléments courants

Différents articles ou annexes de la norme NF EN 1992-1-1 précisent les règles de dimension-nement des armatures verticales, horizontales ettransversales et les dispositions constructives (fer-raillage minimum, espacement des armatures,etc.) à respecter pour :– les parois fléchies ;– les planchers dalles ;– les consoles courtes.Ainsi que :– les planchers – ouvrages constitués de prédallesen béton armé, en béton précontraint ou enbéton coulé en place ;

– les murs en béton banché – ouvrages coulés enplace à leur emplacement définitif dans des cof-frages ;

– les murs de soutènement – qui sont en généralen forme de L ou de T inversé et destinés à s’op-poser à la poussée des terres de talus ou deremblais ; le ferraillage principal de ce type d’ou-vrage résulte du calcul dans les sections critiquesdu voile (au tiers et à mi-hauteur) et dans les sec-tions d’encastrement voile et semelle.

– les fondations – ces éléments sont destinés àtransmettre au sol de fondation, les efforts appor-tés par la structure. Les fondations peuvent êtresuperficielles (semelles isolées ou filantes) ouprofondes (fondations sur pieux ou sur barrettes).Les semelles sur pieux comportent en général 2,3 ou 4 pieux.

2.3.7 - Dispositions constructivespour les armatures

La section 8 de la norme NF EN 1992-1-1 préciseles diverses dispositions constructives pour lesarmatures (à haute adhérence) de béton armé.

Espacement des armatures

L’espacement des armatures de béton armé doitpermettre une mise en place et une vibration satis-faisante du béton, afin de garantir ainsi l’adhérenceacier/béton.La dimension maximale des granulats doit êtreadaptée à l’espacement des armatures.Il convient d’adopter une distance libre (horizonta-lement et verticalement) entre barres parallèles ouentre lits horizontaux de barres parallèles supé-rieure ou égale à la plus grande des valeurs sui-vantes : – k1 fois le diamètre de la barre– (dg + k2) mm – 20 mm Avec :– dg dimension du plus gros granulat– et k1 = 1– et k2 = 5 mm.


60


Diamètre admissible des mandrins de cintrage des barres

Un diamètre minimal de mandrin, fonction du dia-mètre de la barre, doit être respecté afin d’éviterdes dommages aux armatures lors du cintrage ouune rupture du béton à l’intérieur de la courburelors de la mise en charge de l’armature.

Ancrage des armatures longitudinales

Les armatures doivent être ancrées par scellementsur une longueur suffisante afin d’assurer une trans-mission des forces d’adhérence au béton et évitertoute fissuration. La longueur d’ancrage est déter-minée en tenant compte du type d’acier, des pro-priétés d’adhérence des armatures et de lacontrainte dans l’armature (traction ou compression).

Ancrage des armatures transversales

Il existe plusieurs types d’ancrages. La partiecourbe des coudes ou des crochets doit être pro-longée par une partie rectiligne dont la longueurest fonction de l’angle de pliage.

Recouvrements des barres

Les recouvrements des barres doivent être tels que:– la continuité de la transmission des efforts d’unebarre à l’autre soit assurée ;

– il ne se produise pas d’éclatement du béton auvoisinage des jonctions ;

– il n’apparaisse pas de fissures ouvertes.

NotaLa règle de calcul des longueurs de recou-vrement est donnée dans l’article 8.7.3.

La continuité de la transmission des efforts par lesarmatures est obtenue par recouvrements, maispeut aussi s’effectuer par soudure ou par cou-pleurs. Les jonctions par soudure ne sont autori-sées qu’avec des armatures de qualité soudable.

Paquets de barres

L’Eurocode 2 prévoit des dispositions spécifiquespour l’ancrage et le recouvrement des barres parpaquets.

Armatures de peau

Des armatures de peau constituées de treillis sou-dés ou d’armatures de faibles diamètres doiventêtre mises en place à l’extérieur des cadres pourmaîtriser la fissuration et pour résister à l’éclate-ment du béton lorsque le ferraillage principal estconstitué de barres de diamètre supérieur à 32 mmou de paquets de barres de diamètre équivalentsupérieur à 32 mm. Les dispositions constructivesrelatives aux armatures de peau sont préciséesdans l’annexe J de la norme NF EN 1992-1-1.

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Tableau 11 : longueurs droite après courbure en fonction de l’angle de pliage

Angle de pliage Longueur droite après courbure

90° 10 Ø

135° 10 Ø

150° 5 Ø

180° 5 Ø


2.4.1 - Différents types d’armatures

Les armatures sont obtenues à partir d’aciers pourbéton armé suite à des opérations de dressage(pour les couronnes uniquement), de coupe, defaçonnage et d’assemblage. On distingue deuxprincipaux types d’acier selon leur compositionchimique :– l’acier au carbone ;– l’acier inox.

Les aciers se présentent sous formes de barres degrande longueur (souvent 12 m) ou de fils en cou-ronnes :– barres droites lisses : diamètre 5 à 50 mm;– barres droites à haute adhérence : diamètre 6 à50 mm;

– fils à haute adhérence en couronne : diamètre 5 à16 mm.

On distingue les armatures « coupées-façonnées »,qui sont obtenues par coupe et façonnage desaciers à la demande (en conformité avec les plansd’exécution définis par les bureaux d’études) et les

« armatures assemblées » d’un modèle standard,constituées par assemblage des armatures coupéesfaçonnées sous forme de « cages » ou de « pan-neaux » et utilisées par des applications courantes(semelles de fondation, poteaux, linteaux, etc.).

Les armatures sont :– soit assemblées en usine, puis livrées sur le chantier ;

– soit livrées sur chantier coupées, façonnées, puisassemblées sur le site, à proximité de l’ouvrageou directement en coffrage.

Les armatures sont donc utilisées sur les chantierset mises en place dans les coffrages :– soit sous forme de barres (droites ou coupées-façonnées en fonction des formes décrites sur lesplans d’exécution) ;

– soit sous forme de treillis soudés (réseaux plansà mailles en général rectangulaires, constitués defils ou de barres assemblés par soudage et dontla résistance au cisaillement des assemblages estgarantie) fabriqués en usine et livrés en pan-neaux.

– soit sous forme d’armatures pré-assemblées encages ou en panneaux.

Les jonctions des barres peuvent être assurées parrecouvrements, par manchons ou par soudure.

En atelier, l’assemblage est réalisé par soudure(soudage par résistance ou soudage semi-auto-matique). Il s’agit uniquement de soudures « demontage » dont la fonction est d’assurer le bonpositionnement des armatures façonnées entreelles, y compris pendant les transports, les manu-tentions et la mise en place du béton.

Sur chantier, l’assemblage est effectué soit en ate-lier « forain » installé à proximité de l’ouvrage, soitdirectement en coffrage. En général, ces deuxsolutions coexistent. Il est possible de souder sursite, mais le plus souvent le montage se fait parligatures avec des fils d’attache en acier.


62

2.4 Les armatures pour béton armé


Les dispositifs de raboutage permettent d’assurerla continuité des armatures grâce à une pièce inter-médiaire appelée manchon ou couples. La liaisonentre le manchon et les armatures est le plus souvent réalisée par filetage ou sertissage.

2.4.2 - Désignation des armatures

L’acier pour béton armé est défini par ses caracté-ristiques de forme, géométriques, mécaniques ettechnologiques.

Les spécifications concernant les aciers sontdétaillées dans les normes NF A 35-015 (barres lis-ses), NF A 35-016 (barres à haute adhérence, cou-ronnes et treillis soudés à verrous), NF A 35-019(fils et treillis soudés à empreintes), XP A 35-025(aciers pour béton galvanisés).

63

QUELQUES DÉFINITIONS

> Cadre, étrier, épingle : armature transver-sale assurant une des fonctions suivantes :– résistance à des sollicitations tangentes ;– coutures de recouvrements ;– maintien du flambement de barres comprimées ;

– maintien d’armatures soumises à une poussée au vide ;

– frettage.

> Ancrage par courbure : zone d’armaturecomportant un façonnage destiné à diminuer la longueur d’armature (crosse,équerre, boucles à plat) assurant la transmission des efforts par adhérence entrel’acier et le béton. Un ancrage par courbureest le plus souvent situé à une extrémitéd’armature. Il peut cependant se trouverdans une partie intermédiaire, comme parexemple dans le cas des « boucles à plat »utilisées aux appuis des poutres.

> Coude: partie d’armature façonnée nerépondant pas à une des deux définitionsprécédentes.

Le respect de tolérances sur la position des arma-tures, pour assurer leur enrobage correct ou lareprise des efforts conformément aux calculs,imposent des précautions durant toute la phase debétonnage et de vibration.

Des cales en béton ou en plastique de diversmodèles facilitent la mise en place correcte desarmatures et leur maintien, tout en présentant descaractéristiques adaptées à celles du béton.

En général, une structure en béton armé est coffréeet bétonnée en plusieurs phases successives. Lacontinuité du ferraillage entre les parties contiguësde structure au niveau de la reprise de bétonnageest assurée par des « boîtes d’attentes » et des« dispositifs de raboutage ».

Les boîtes d’attentes comportent des armaturesfaçonnées dont une extrémité est repliée à l’inté-rieur d’un volume creux réalisé sous forme deboîte ou de profilé. L’ensemble ainsi constitué estfixé contre le coffrage à l’intérieur de la partie destructure bétonnée en première phase. Aprèsdécoffrage de cette première partie, la boîte estouverte, en général retirée, et les armatures enattente dépliées. Il est ainsi possible de réaliser unrecouvrement avec les armatures de la secondephase.


L’inox pour armatures de béton armé doit êtreconforme à la norme NF A 35-014 (acier pourbéton inox).

Les aciers sont désignés par leur limite d’élas-ticité garantie Re en MPa, leur nuance et leur forme(lisse, haute adhérence). Par exemple, un acier HA FeE500-2 désigne un acier à haute adhérence(HA) présentant une limite élastique de 500 MPa etune classe de ductilité 2.

2.4.3 - Caractéristiques des aciers

Caractéristiques de forme des aciers

On distingue deux types d’aciers pour béton arméen fonction de leur forme et de leur surface.

• Les aciers lisses : barres lisses ou fils tréfilés lisses. Elles sont de section circulaire sans aucunegravure.

• Les aciers à haute adhérence dont la surfaceprésente des saillies ou des creux. La surface deces armatures présente des aspérités en sailliesinclinées par rapport à l’axe de la barre appeléeverrous ou des aspérités en creux appeléesempreintes qui sont destinées à favoriser l’adhé-rence des armatures au sein du béton.


64

RÉFÉRENCES NORMATIVES

La norme de référence des aciers pour l’armature du béton est la norme NF EN 10080(Aciers pour l’armature du béton. Acier sou-dable pour béton armé. Généralités).

Cette norme concerne les aciers soudablespour béton armé sous forme de barres, cou-ronnes, produits déroulés, treillis soudés ettreillis raidisseurs. Elle ne contient pas deniveau de performance des produits et doitêtre utilisée en liaison avec une « spécifica-tion de produit ». Cette spécification peutêtre d’origine européenne (TS 10081, AnnexeC de l’Eurocode 2, NF EN 1992-1-1 ou AnnexeN de la norme NF EN 13369), ou d’originenationale (NF A 35-015, NF A 35-016, NF A 35-019 ou NF A 35-014), ou encore êtrepropre à un producteur ou un utilisateur.

La norme de référence pour les armatures dubéton est la norme NF A 35-027 (Produits enacier pour le béton armé. Armatures).

Les prescriptions de cette norme concernentl’ensemble des caractéristiques des armatu-res. Elles ne s’appliquent qu’en absence despécifications différentes mentionnées sur lesplans ou dans les pièces écrites visant lesarmatures.

Verrou

Congé de raccordement

Verrou

Congé de raccordement

Schémas des armatures à verrous

Aciers à verrous

A

A

A - A

Schéma des armatures à empreintes

Aciers à empreintes


Caractéristiques géométriques des aciers

Les diamètres prévus par la norme NF EN 10080sont donnés dans le tableau ci-contre. En France,on se limite en pratique aux diamètres 5, 6, 7, 8,10, 12, 14 et 16 pour les couronnes et 6, 8, 12, 14,16, 20, 25, 32, et 40 pour les barres.

NotaLe diamètre nominal d’une barre ou d’unfil correspond au diamètre d’un cylindre derévolution de même métal ayant la mêmemasse linéique. C’est le diamètre nominalqui est pris en compte pour le dimension-nement.

La masse volumique des aciers au carbone estprise égale à 7850 kg/m3. Pour les aciers inoxyda-bles, la masse volumique dépend de la composi-tion de l’acier. Elle est comprise entre 7700 et8000 kg/m3.

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Diamètrenominalen mm

Barres

Couronneset

produitsdéroulés

Treillis soudés

Section nominaleen mm2

Masselinéiquenominaleen kg/m

4 - x - 12,6 0,999

4,5 - x - 15,9 0,125

5 - x x 19,6 0,154

5,5 - x x 23,8 0,187

6 x x x 28,3 0,222

6,5 - x x 33,2 0,260

7 - x x 38,5 0,302

7,5 - x x 44,2 0,347

8 x x x 50,3 0,395

8,5 - x x 56,7 0,445

9 - x x 63,6 0,499

9,5 - x x 70,9 0,556

10 x x x 78,5 0,617

11 - x x 95 0,746

12 x x x 113 0,888

14 x x x 154 1,21

16 x x x 201 1,58

20 x - - 314 2,47

25 x - - 491 3,85

28 x - - 616 4,83

32 x - - 804 6,31

40 x - - 1257 9,86

50 x - - 1963 15,40

Tableau 12: diamètres des armatures selon la norme EN 10080


2.4.4 - Liaison acier bétonadhérence

La résistance d’un élément en béton armé et la maî-trise de la fissuration supposent que l’acier ne puissepas glisser à l’intérieur du béton, c’est-à-dire qu’ily ait adhérence parfaite entre les deux matériaux.

L’adhérence des armatures est fonction de leurforme, de leur surface (les saillies ou les creux amé-liorent l’adhérence) et de la résistance du béton.

Le fonctionnement du béton armé suppose une« association » entre l’acier et le béton qui met enjeu l’adhérence des armatures au béton. Pour utiliser pleinement des aciers plus performants, ilfaut donc aussi que leur adhérence soit améliorée.

On a par conséquent évolué vers des aciers quisont à la fois à Haute Limite d’Élasticité (HLE) et àHaute Adhérence (HA). La haute adhérence résultede la création d’aspérités en saillie ou en creux. Lahaute limite d’élasticité peut être obtenue par diffé-rents moyens:– par écrouissage, par étirage et ou laminage àfroid de barres ou fils d’acier doux ;

– par traitement thermique (trempe et autorevenu)de barres ou fils d’acier doux.

L’adhérence est définie par deux coefficients :– le coefficient de fissuration qui est pris en comptepour les calculs de fissuration du béton ;– le coefficient de scellement qui permet dedimensionner les ancrages des armatures.

Les valeurs de ces coefficients dépendent du typed’armatures (ronds lisses ou barres HA).


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2.4.5 - Propriétés pourle dimensionnement

Les propriétés et les règles à appliquer aux arma-tures sont définies dans la section 3 (article 3.2 –Acier de béton armé) de la norme NF EN 1992-1-1.Les prescriptions relatives aux aciers se traduisentdans les normes par les caractéristiques spécifiéessuivantes :– soudabilité et composition chimique ;– caractéristiques mécaniques en traction (ft) ;– limite d’élasticité ;– diamètres, sections, masses linéiques et tolé-rances ;

– adhérence et géométrie de la surface (verrous ouempreintes) ;

– non fragilité (aptitude au pliage) ;– dimensions et résistance au cisaillement desassemblages soudés des treillis soudés ;

– résistance à la fatigue (caractéristique optionnelle) ;– aptitude au redressage après pliage (caractéris-tique optionnelle) ;

– ductilité.

Soudabilité

Un acier est dit « soudable » s’il est possible de l’as-sembler par soudure, par des procédés courants,sans altérer ses caractéristiques mécaniques. Lasoudabilité d’un acier est attestée par sa composi-tion chimique. Les normes pour les aciers au car-bone fixent les valeurs qui ne doivent pas êtredépassées concernant les teneurs en carbone,soufre, phosphore, azote et cuivre, ainsi qu’unecombinaison des teneurs en carbone, manganèse,chrome, molybdène, vanadium, nickel et cuivreappelée carbone équivalent. Les inox utilisés pourles armatures sont soudables.

Des essais permettent de vérifier l’aptitude au sou-dage qui, en amont, est maîtrisée au niveau de l’a-ciérie par des exigences relatives à la compositionchimique de l’acier. Il est indispensable que lescaractéristiques de résistance, d’élasticité et deductilité soient maintenues au niveau de la sou-dure.

Adhérence et géométrie de la surface

Les normes imposent à la géométrie de surface desaciers des caractéristiques permettant d’assurerl’adhérence acier/béton. Les exigences portent sur

des valeurs minimales soit de hauteur des verrous,ou de profondeur des empreintes, soit de « surfacerelative » des verrous fR, ou des empreintes fp.

Non fragilité (aptitude au pliage)

L’armature doit s’adapter lors des opérations defaçonnage à des formes complexes ce qui impliquecourbures et pliages ; l’acier doit donc présenterune bonne aptitude au pliage. L’acier est soumis àun pliage, sur un mandrin dont le diamètre est fixéen fonction de celui de l’acier suivi d’un dépliage.L’essai est satisfaisant s’il ne se produit ni cassureni fissure transversale dans la zone de pliage-dépliage.

Caractéristiques mécaniques en traction

La résistance mécanique d’un acier est déterminéepar un essai de traction normalisé, elle est caracté-risée par :– la résistance maximale à la traction : Rm ;– la limite d’élasticité ou module d’élasticité : Re ;– le rapport résistance à la traction/limite d’élasti-cité : Rm/Re ;

– l’allongement sous charge maximale : Agt.

Limite d’élasticité Re

Le diagramme contrainte-déformation des acierslaminés à chaud comporte un palier de ductilité quimet en évidence la limite d’élasticité supérieuredécoulement ReH qui est aussi la limite d’élasticité Re.

Le diagramme contrainte-déformation des acierslaminés à froid et des inox ne comporte pas depalier. Dans ce cas, la limite d’élasticité Re est fixéeconventionnellement égale à RPo,2 qui est lacontrainte correspondant à 0,2 % d’allongementrémanent (ou limite conventionnelle d’élasticité).

Actuellement en France, on utilise des aciers de500MPa de limite d’élasticité. La norme NF EN 1992Partie 1-1 prévoit une plage de limite d’élasticitécomprise entre 400 MPa et 600 MPa.

Caractéristiques de ductilité Rm/Re et Agt

Les normes françaises fixent des valeurs minimalespour le rapport résistance à la traction/limited’élasticité (Rm/Re), et pour l’allongement souscharge maximale (Agt).

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Résistance

La limite d’élasticité fyk et la résistance à la tractionft sont respectivement définies comme les valeurscaractéristiques de la limite d’élasticité et de lacharge maximale en traction directe, divisée parl’aire nominale de la section.

Diagramme contrainte-déformation

Un acier soumis à une contrainte de traction crois-sante s’allonge de façon linéaire et réversible jus-qu’à un point correspondant à sa limite d’élasticité.Au-delà, la déformation non réversible présente unecourbe du type ductile (selon le traitement de l’acier).

Ce diagramme comprend :– une branche élastique : fyk/Es ; fyk– une branche inclinée : εuk, k fykAvec :fyk limite caractéristique d’élasticité de l’acier

de béton arméεuk déformation relative de l’acier de béton

armék fonction de la classe d’armature

Les propriétés des armatures sont précisées dansl’Annexe C (tableau C1) de la norme NF EN 1992-1-1.Ce tableau distingue 3 classes de ductilité et pré-cise les caractéristiques correspondant à ces troisclasses.

NotaLa valeur de calcul du module d’élasticitéEs est égale à 200 GPa.


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Extrait du tableau C1 de lʼAnnexe C de la norme NF EN 1992-1-1.

NotaLa norme NF EN 1992 - Partie 2, prescritpour les ponts l’emploi d’aciers de classeB ou C. L’Eurocode 8, qui définit les règlesde calcul des constructions pour leur résis-tance aux séismes, impose l’emploi d’a-ciers de classe de ductilité B et parfois Cdans certaines parties des structures assu-rant la résistance aux séismes. La classeexigée dépend de la classe de ductilité dubâtiment.

Forme du produit Barres et fils redressés Treillis soudésExigence ou valeur

du fractile (%)

Classe A B C A B C -

Limite caractéristique d’élasti-cité fyk ou f0,2k (MPa)

400 à 600 5,0

Valeur minimale de k = ( ft / fy)k ≥ 1,05 ≥ 1,08

≥ 1,15< 1,35

≥ 1,05 ≥ 1,08≥ 1,15< 1,35

10,0

Valeur caractéristique de ladéformation relative souscharge maximale, εuk (%)

≥ 2,5 ≥ 5,0 ≥ 7,5 ≥ 2,5 ≥ 5,0 ≥ 7,5 10,0

Tableau 13 : propriétés des armatures compatibles avec l’Eurocode béton

εuk

kfyk

fyk

σs

fyk/Es εs0

Contraintes

Déformations

Diagramme contrainte-déformation des aciers de béton armé


2.4.6 - Certification des aciers et des armatures

Les aciers et les armatures font l’objet de certifica-tions gérées par l’Association Française de Certi-fication des Armatures du Béton (AFCAB) quicouvrent l’ensemble du cycle des armatures depuisla production des aciers jusqu’à la pose des arma-tures en coffrage. On distingue quatre certifications.

Certification NF – Aciers pour bétonarmé

La certification NF – Aciers pour béton armé, garan-tit que les produits certifiés :– sont conformes à leur norme de référence : carac-téristiques mécaniques, masse linéique, analysechimique, caractéristiques géométriques, non fra-gilité, soudabilité, aptitude au redressage aprèspliage (optionnelle), résistance au cisaillementdes soudures et dimensions des treillis soudés ;

– ont une origine identifiable et sont contrôlés.

Chaque acier certifié est identifiable par unemarque de laminage spécifique à chaque produc-teur et par un étiquetage NF – AFCAB. Il fait l’objetd’un certificat délivré par l’AFCAB qui précise :– sa dénomination ;– l’usine productrice ;– les caractéristiques certifiées ;– la marque de laminage ;– les conditions de validité.La liste des certificats est consultable sur le sitewww.afcab.org

Certification AFCAB – Dispositifs de raboutage ou dʼancrage des armatures du béton

La certification AFCAB – Dispositif de raboutage oud’ancrage des armatures du béton, garantit que lesproduits certifiés :– permettent de réaliser des assemblages respec-tant les critères de la norme NF A 35-020-1 ;

– sont fabriqués conformément à des plans, noti-ces et documents de fabrication présentés lors del’évaluation initiale ;


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Chaque manchon certifié est identifiable par un éti-quetage AFCAB. Il fait l’objet d’un certificat délivrépar l’AFCAB qui précise :– sa dénomination ;– la société productrice ;– les caractéristiques certifiées ;– le marquage ;– la référence des documents de mise en œuvre ;– les conditions de validité.

Certification NF – Armatures

La Certification NF – Armatures garantit que lesproduits certifiés :– sont conformes à la norme NF A 35-027 (aciersde base conformes, non altération des aciers aucours de la fabrication, dimensions et anglesconformes, conformité du manchonnage) ;

– sont conformes aux plans, catalogues ou cahiersdes charges du client ;


Chaque fardeau ou paquet d’armatures compor-tent une étiquette sur laquelle sont présents :– le logo de la marque NF ;– la mention « NF A 35-027 » ;– la portée du certificat (catégories et opérationscouvertes, par exemple : Armatures sur plan cou-pées façonnées) ;

– le nom de l’usine et de la société titulaire du cer-tificat ;

– le numéro de certificat ;– pour les armatures sur plans, les indications spé-cifiées à l’article 9 de la norme NF A 35-027 (nomdu client, nom du chantier, numéro du plan, réfé-rence de l’armature, etc.) ou pour les armaturessur catalogue, la référence du produit.

Dans le cadre de la certification NF-Armatures,l’AFCAB exige des essais de pliage et de tractionpour vérifier les caractéristiques des armaturesaprès soudage. L’AFCAB supervise aussi la qualifi-cation des soudeurs.

Certification AFCAB – Pose des armatures du béton

Cette certification garantit que les aciers et lesarmatures posés par l’entreprise certifiée :– sont conformes à leurs normes de référence ;– sont posés en respectant les plans, les règles debéton armé, les règles de mise en place desaccessoires (notamment les manchons) ;

– sont parachevés sans altération des aciers ;– sont contrôlés après la pose.


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2.5.1 - Incidence de la qualité de l’enrobage

L’enrobage des armatures représente la distanceentre la surface du béton et l’armature la plus pro-che (cadres, étriers, épingles, armatures de peau,etc.). Il doit être suffisant pour garantir :– la bonne protection de l’acier contre la corrosion ;– la bonne transmission des efforts d’adhérence ;– une résistance au feu convenable.

L’enrobage des armatures et les caractéristiques dubéton d’enrobage sont les paramètres fondamen-taux permettant de maîtriser la pérennité des ouvra-ges face aux phénomènes de corrosion et donc leurdurée d’utilisation. Ainsi, il est possible de placer lesarmatures hors d’atteinte des agents agressifs en lesprotégeant par une épaisseur suffisante d’un bétoncompact, ayant fait l’objet d’une cure appropriée.

Dans des conditions normales, les armatures enro-bées d’un béton compact et non fissuré sont natu-rellement protégées des risques de corrosion parun phénomène de passivation qui résulte de lacréation, à la surface du métal, d’une pellicule pro-tectrice de ferrite Fe2O3CaO (dite de passivation).Cette pellicule est formée par l’action de la chauxlibérée par les silicates de calcium sur l’oxyde de fer.

NotaL’enrobage et la compacité ont un impactimmédiat sur la période de propagationqui précède l’initiation et le développe-ment de la corrosion des armatures. À titred’exemple, il est couramment reconnuque l’augmentation de l’enrobage minimald’une valeur de 10 mm permet d’aug-menter la durée d’utilisation de l’ouvragepour passer de 50 ans à 100 ans.

NotaDes précisions complémentaires pour ladétermination de l’enrobage pour lesstructures en béton conçues avecl’Eurocode 2 sont données dans le GuideTechnique LCPC « Note Technique sur lesdispositions relatives à l’enrobage pourl’application en France ».

La présence de chaux maintient la basicité du milieuentourant les armatures (l’hydratation du cimentproduit une solution interstitielle basique de pHélevé de l’ordre de 13). Tant que les armatures setrouvent dans un milieu alcalin présentant un pHcompris entre 9 et 13,5, elles sont protégées.

2.5.2 - Enrobage minimal et enrobage nominal

C’est l’enrobage nominal qui est précisé sur lesplans d’exécution de l’ouvrage. Il constitue la réfé-rence pour la fabrication et pour la pose des arma-tures. L’enrobage nominal est égal à la somme del’enrobage minimal et d’une « marge de sécurité »pour tolérances d’exécution.

71

2.5 L’enrobage des armatures


2.5.3 - Philosophie de l’enrobageselon l’Eurocode 2

Les recommandations de l’Eurocode 2 (norme NF EN 1992-1-1) en matière d’enrobage desbétons de structures sont novatrices. Elles résultentd’un retour d’expérience sur la durabilité desouvrages construits depuis plusieurs décennies etsur les recherches récentes en matière de protec-tion des armatures vis-à-vis des risques de corro-sion. Elles visent, en conformité avec la norme NFEN 206-1, à optimiser de manière pertinente ladurabilité des ouvrages. En effet, la déterminationde la valeur de l’enrobage doit prendre en comptede façon extrêmement détaillée :– la classe d’exposition dans laquelle se trouvel’ouvrage (ou la partie d’ouvrage) et qui traduitles conditions environnementales ;

– la durée de service attendue (ou durée d’utilisa-tion du projet) ;

– la classe de résistance du béton ;– le type de système de contrôle qualité mis enœuvre pour assurer la régularité des performan-

ces du béton et la maîtrise du positionnementdes armatures ;

– la régularité de la surface contre laquelle le bétonest coulé ;

– le type d’armatures (précontraintes ou non) etleur nature (acier au carbone, acier inoxydable) etd’éventuelles protections complémentairescontre la corrosion.

La valeur de l’enrobage peut ainsi être optimiséeen particulier :– si l’on choisit un béton présentant une classe derésistance à la compression supérieure à la classede référence (définie pour chaque classe d’expo-sition) ;

– s’il existe un système de contrôle de la qualité ;– si l’on utilise des armatures inox.

L’Eurocode 2 permet aussi de dimensionner l’ou-vrage pour une durée d’utilisation supérieure enaugmentant la valeur de l’enrobage.

L’optimisation des performances du béton et del’enrobage des armatures constitue un facteurde progrès essentiel pour assurer la durabilitédes ouvrages.


72


2.5.4 - Enrobage minimal selon l’Eurocode 2

L’enrobage minimal est défini dans la norme NF EN 1992-1-1, section 4 « Durabilité et enrobagedes armatures » (article 4.4.1). Il doit satisfaire enparticulier aux exigences de transmissions des for-ces d’adhérences et assurer une protection desaciers contre la corrosion.

Il est donné par la formule :

Cmin,b

Cmin = max Cmin,dur + ∆Cdur,y – ∆Cdurst – Cdur,add

10 mm

Avec :Cmin,b enrobage minimal vis-à-vis des exigen-

ces d’adhérence (béton/armature).

Cmin,dur enrobage minimal vis-à-vis des condi-tions environnementales. Cmin,dur tientcompte de la classe d’exposition et de laclasse structurale (qui dépend de la duréed’utilisation du projet).

∆Cdur,y marge de sécurité (valeur recommandée 0);

∆Cdur,st réduction de l’enrobage minimal dans lecas d’utilisation, par exemple, d’acierinoxydable ;

∆Cdur,add réduction de l’enrobage minimal dans lecas de protections complémentaires.

NotaLa valeur de Cmin,b est rarement dimen-sionnante pour la détermination de Cmin.

2.5.5 - Processus de déterminationde l’enrobage nominal suivantl’Eurocode 2

Le processus de détermination de l’enrobage desarmatures dans chaque partie d’ouvrage comporteles huit étapes suivantes qui vont permettre deprendre successivement en compte :– la classe d’exposition ;– la classe structurale et les modulations possiblesen fonction de choix particuliers ;

– le type d’armatures ;– des contraintes particulières ;– les tolérances d’exécution.

Étape 1: prise en compte des classesdʼexposition

Un béton peut être soumis à plusieurs classes d’ex-position concomitantes qui traduisent avec préci-sion l’ensemble des actions environnementales.Les classes d’exposition de chaque partie d’ou-vrage sont une donnée de base du projet. Ellessont imposées par les conditions d’environ-nement du projet. Elles sont définies dans letableau 4.1 de l’article 4.2 de l’Eurocode 2 (normeNF EN 1992-1-1) en conformité avec la norme NF EN 206-1.

Étape 2: Choix de la classe structurale

Durée d’utilisation du projet

L’Annexe Nationale de l’Eurocode 0 (NF EN 1990– Base de calcul des structures) définit la durée d’utilisation de projet : durée pendant laquelle unestructure est censée pouvoir être utilisée en faisantl’objet de la maintenance escomptée mais sansqu’il soit nécessaire d’effectuer des réparationsmajeures.

Les bâtiments et les ouvrages de génie civil cou-rants sont dimensionnés pour une durée d’utilisa-tion de projet de 50 ans. Les ponts sontdimensionnés pour une durée d’utilisation de pro-jet de 100 ans.

Ces durées supposent la mise en œuvre de bétonsconformes aux tableaux N.A.F. 1 ou N.A.F. 2 de lanorme NF EN 206.1. Les documents particuliers dumarché peuvent spécifier des durées d’utilisationde projet différentes.

Classe structurale

La classe structurale (S1 à S6) est un paramètrepermettant d’optimiser la valeur de l’enrobage.

Les modulations possibles de la classe structurale,en fonction de choix particuliers pour le projet (duréed’utilisation de projet, classe de résistance du béton,nature du ciment, compacité du béton d’enrobage),engageant le maître d’œuvre, sont données dansle tableau 4.3 N (F) à l’article 4.4.1.2 (5) de l’An-nexe Nationale de la norme NF EN 1992-1-1.

On admet que la classe structurale S4 correspondà une durée d’utilisation de 50 ans.

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Ces modulations de la classe structurale, pour déter-miner l’enrobage minimal Cmin,dur sont synthétiséesdans le tableau 15 [extraits du tableau 4.3 N (F)].

Une majoration de 2 consiste, par exemple, à passer de la classe structurale S4 à S6. Une mino-ration de 1 consiste à passer de la classe structuraleS6 à S5.

Étape 3: détermination de lʼenrobageminimal vis-à-vis de la durabilité Cmin,dur

Les valeurs de Cmin,dur (en mm) requis vis-à-vis dela durabilité sont données en fonction de la classed’exposition et de la classe structurale dans letableau 4.4 N pour les armatures de béton armé etdans le tableau 4.5NF pour les armatures de

précontrainte à l’article 4.4.1.2 (5) de la norme NF EN 1992-1-1.

Pour les classes d’expositions XF1, XF2, XF3 et XF4.La valeur de Cmin,dur est déterminée en prenant encompte les classes d’expositions concomitantesXC1 à XC4 et XD1 à XD3.

L’Annexe Française de la norme NF EN 1992-1-1précise comment tenir compte de cette concomi-tance de classes.

Pour les classes d’exposition XA1 à XA3, la valeur deCmin,dur est aussi déterminée en prenant en compteles classes d’exposition concomitantes XC ou XD.


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Tableau 15 : valeur de Cmin,dur en fonction de la classe d’exposition et de la classe structurale

dans le cas des armatures de béton armé

Tableau 16 : concomitance de classes

Classe d’exposition

Classestructurale

XO XC1XC2XC3

XC4XD1XS1

XD2XS2

XD3XS3

S1S2S3S4S5S6

101010101520

101010152025

101520253035

152025303540

202530354045

253035404550

303540455055

SO: sans objet*XD1 : si le béton est formulé avec un entraîneur dʼairXC4 : si le béton est formulé sans entraîneur dʼair.

** XD3 : pour les éléments très exposés (pour les ponts : corniches,longrines dʼancrage des dispositifs de retenue, solins des joints dedilatation).

Type de salage

Sous classe d’exposition XF

XF1 XF2 XF3 XF4

Peu fréquent XC4 SO XD1 ou XC4* SO

Fréquent SO XD1 XD3** SO XD2 XD3**

Très fréquent SO SO SO XD3

Tableau 14 : modulation de la classe structurale recommandée

Critère Classe d’exposition

XO XC1 XC2, XC3 XC4 XD1 / XS1 / XA1 XD2 / XS2 / XA2 XD3 / XS3 / XA3

Duréed’utilisationde projet

100 ans, majoration de 2

25 ans et moins minoration de 1

Classe de résistancedu béton

≥ C 30/37 ≥ C 30/37 ≥ C 30/37 ≥ C 35/45 ≥ C 40/50 ≥ C 40/50 ≥ C 45/55

Minoration de 1

≥ C 50/60 ≥ C 50/60 ≥ C 55/67 ≥ C 60/75 ≥ C 60/75 ≥ C 60/75 ≥ C 70/85

Minoration de 2

Nature du liant

- ≥ C 35/45 ≥ C 35/45 ≥ C 40/50 - - -

- Béton à base de CEM I sans cendres volantes - - -

- Minoration de 1 - - -

Enrobage compact

Minoration de 1


Étape 4: prise en compte du type dʼarmature

L’Annexe Nationale de la norme NF EN 1992-1-1dans l’article 4.4.1.2 (7) précise les cas pour les-quels l’enrobage Cmin,dur peut être réduit, d’unevaleur ∆Cdur.st ou ∆Cdur.add. Ce choix engage le maî-tre d’œuvre. La valeur est fixée par les documentsparticuliers du marché.

Utilisation d’armatures en acier résistant à la corrosion : armature inox

« Sur justification spéciale et à condition d’utiliserdes aciers dont la résistance à la corrosion estéprouvée (certains aciers inox par exemple), pourla durée d’utilisation et dans les conditions d’expo-sition du projet, les documents particuliers du mar-ché pourront fixer la valeur de ∆Cdur.st. En outre, lechoix des matériaux, des paramètres de mise enœuvre et de maintenance doivent faire l’objetd’une étude particulière. De même, l’utilisation detels aciers ne peut s’effectuer que si les caractéris-tiques propres de ces aciers (notamment soudabi-lité, adhérence, dilatation thermique, compatibilitédes aciers de nature différente) sont vérifiées et pri-ses en compte de façon appropriée » extrait de l’ar-ticle 4.4.1.2 (7).

Mise en place d’une protection complémentaire

En cas de mise en place d’une protection complé-mentaire, l’enrobage minimal n’est pas diminué,sauf pour les revêtements adhérents justifiés vis-à-vis de la pénétration des agents agressifs pendantla durée d’utilisation de projet.

Étape 5: prise en compte de contraintes particulières

L’Eurocode 2 et l’Annexe Nationale française pres-crivent d’augmenter l’enrobage minimal dans lescas suivants.

Parements irréguliers

Dans le cas de parements irréguliers (béton à gra-nulat apparent par exemple), l’enrobage minimaldoit être augmenté d’au moins 5 mm.

Abrasion du béton

Dans le cas de béton soumis à une abrasion, ilconvient d’augmenter l’enrobage de 5 mm,10 mm, et 15 mm respectivement pour les classesd’abrasion XM1, XM2, et XM3 (voir l’EN 1990Eurocode 0 Base de calcul des structures).

Béton coulé au contact de surfaces irrégulières

Dans le cas d’un béton coulé au contact de surfa-ces irrégulières, il convient généralement de majo-rer l’enrobage minimal en prenant une marge plusimportante pour le calcul. Il convient de choisir unemajoration en rapport avec la différence causée parl’irrégularité. L’enrobage minimal doit être aumoins égal à k1 mm pour un béton coulé aucontact d’un sol ayant reçu une préparation (ycompris béton de propreté) et k2 mm pour unbéton coulé au contact direct du sol.

Les valeurs recommandées par l’Annexe Nationalefrançaise sont : k1 = 30 mm et k2 = 65 mm.

Étape 6: détermination de lʼenrobageminimal vis-à-vis de lʼadhérence Cmin,b

L’enrobage minimal vis-à-vis de l’adhérence Cmin,b

est précisé dans le tableau 4.2 article 4.4.1.2 (3) dela norme NF EN 1992-1-1.

Il convient que Cmin,b ne soit pas inférieur :– au diamètre de la barre dans le cas d’armatureindividuelle ;

– au diamètre équivalent dans le cas de paquetd’armatures.

Cmin,b est majoré de 5 mm si le diamètre du plusgros granulat du béton est supérieur à 32 mm.

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Étape 7: détermination de lʼenrobageminimal Cmin

L’enrobage minimal Cmin est déterminé par la for-mule donnée au paragraphe 2.5.4. en intégrant lesvaleurs de Cmin,b / Cmin,dur / ∆Cdur,y / ∆Cdur.st et∆Cdur,add

Étape 8: prise en compte des tolérances dʼexécution

L’enrobage minimal doit être majoré, pour tenircompte des tolérances pour écart d’exécution(∆Cdev).

La valeur recommandée dans l’article 4.4.1.3 (3) est∆Cdev = 10 mm sauf justification particulière. En par-ticulier cette valeur peut être réduite sous réservede conditions strictes de contrôle qualité à la fois surla conception et l’exécution des ouvrages.

L’enrobage nominal est donné par la formule :Cnom = Cmin + ∆Cdev

Si la réalisation ou la conception et l’exécution deséléments d’ouvrage sont soumis à un systèmed’Assurance Qualité (incluant en particulier desdispositions spécifiques relatives à la conception,au façonnage ou à la mise en place des armatures).Il est possible de réduire la valeur de ∆ Cdev à unevaleur comprise entre 5 et 10 mm.

Cette réduction possible de ∆Cdev permet d’inciterà un meilleur contrôle du positionnement réel desarmatures et une meilleure qualité de réalisation.

NotaL’Eurocode 2 attire l’attention sur les deuxpoints suivants :– les problèmes de fissuration du bétonauxquels risque de conduire un enrobagenominal supérieur à 50 mm;– les difficultés de bétonnage auxquellesrisque de conduire, un enrobage nominalinférieur à la dimension nominale de plusgros granulats.

NotaL’augmentation de l’enrobage est favora-ble pour la stabilité au feu. Pour assurercelle-ci, on peut être amené à prévoir desdispositions de ferraillage spécifiques tel-les que :– des enrobages supérieurs à ceux impo-sés par la protection contre la corrosion ;– un fractionnement en plusieurs armatu-res de faibles diamètres. Certaines d’entreelles seront plus éloignées des paroisexposées au feu, en particulier près desangles saillants où la température est plusélevée. L’espacement de ces armaturessera parfois plus important que celui habi-tuellement exigé pour permettre unbétonnage correct.


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Comme le béton armé, le béton précontraint asso-cie béton et armatures, mais il s’en différencie defaçon fondamentale dans son principe. En 1928,Eugène Freyssinet eut l’idée géniale qui révolu-tionna le monde de la construction en permettantau béton de ne travailler qu’en compression. Ilvenait d’inventer le béton précontraint.

Il définissait ainsi la précontrainte : « Précontraindreune construction, c’est la soumettre avant applica-tion des charges à des forces additionnelles déter-minant des contraintes telles que leur compositionavec celles qui proviennent des charges donne entout point des résultantes inférieures aux contrain-tes limites que la matière peut supporter indéfini-ment sans altération. »

La précontrainte, en effet, a pour but de soumettrele béton lors de sa fabrication à des contraintes pré-alables permanentes de compression. Une foisl’ouvrage en service, ce gain en compression vas’opposer aux contraintes de traction créées par lescharges appliquées à l’ouvrage (poids propre,charge d’exploitation, charge climatique, etc.). Lebéton, matériau qui présente une faible résistanceà la traction, se trouve ainsi utilisé au mieux de sespossibilités en ne travaillant qu’en compression.

La précontrainte est appliquée au béton grâce àdes câbles de précontrainte en acier. Ces câblessont tendus par des vérins de précontrainte.

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2.6 Le béton précontraint

Lorsque l’on tend les câbles, ils vont par réactionappliquer un effort de compression au béton.L’intensité de la précontrainte à mettre en œuvredépend évidemment des tractions auxquelles ilfaudra s’opposer et des raccourcissements instan-tanés et différés du béton.

La précontrainte permet la réalisation d’ouvragessoumis à des contraintes importantes (ponts ouréservoirs de grande capacité) aussi bien que d’é-léments qui, tout en étant de faible épaisseur, doi-vent assurer des portées relativement longues(dalles-planchers, poutres). Elle est à l’origine deprogrès considérables pour l’utilisation du bétondans les ouvrages d’art et les structures coulées enplace ou réalisées à partir d’éléments préfabriqués.

La précontrainte peut être appliquée au béton :– soit par pré-tension (mise en tension des aciersavant coulage du béton) ;

– soit par post-tension (mise en tension de câblesaprès durcissement du béton).

NotaSelon l’Eurocode 2, le procédé de pré-contrainte consiste à appliquer des forces àla structure en béton par la mise en tensiond’armatures par rapport à l’élément enbéton. Le terme « précontrainte » est utiliséglobalement pour désigner l’ensemble deseffets permanents de ce procédé qui com-portent des efforts internes dans les sec-tions et des déformations de la structure.


2.6.1 - Principe du béton précontraint

Le béton résistant mieux en compression qu’entraction, le but de la précontrainte est d’obtenir despièces qui ne travailleront qu’à la compression. Lesforces de traction engendrées par les chargesappliquées à l’ouvrage viendront en déduction desforces de compression créées par la mise en ten-sion des câbles de précontrainte.

Soit par exemple une poutre en béton armé surdeux appuis simples. Si on la soumet à une charge,elle se déforme. La section transversale, au droit de l’application de la charge se trouve compriméeà la fibre supérieure et tendue à la fibre inférieure.Lorsque la charge est trop forte, des fissures apparaissent à la partie inférieure de la poutre.Supprimons dans cette poutre l’armature de

traction classique pour la remplacer par une gainecourbe suivant la déformée de la poutre et conte-nant des câbles de précontrainte. En tirant sur lescâbles, on comprime la poutre. Dans la sectiontransversale, la fibre supérieure va se tendre et lafibre inférieure se comprimer.

Lors d’un chargement, les efforts de traction vien-nent alors en déduction des efforts de compressioncréés par la précontrainte et toutes les fibres res-tent comprimées. Cette poutre préalablementcomprimée supportera sans dommage les chargesqui provoqueraient la rupture d’une poutre enbéton armé de mêmes dimensions et portée. Il estpossible de déterminer l’effort de précontraintenécessaire pour que la poutre soit toujours compri-mée quelles que soient les charges appliquées. Enréalité, dans les grosses poutres, il y a de nom-breuses gaines. La disposition exacte des câbles etleur nombre dépendent de nombreux paramètres(dimensions et forme de la poutre, charges à sup-porter, etc.). Leur position relevée vers les extré-mités est destinée à améliorer la résistance àl’effort tranchant.

2.6.2 - Précontrainte par post-tension

La précontrainte par post-tension est réalisée pardes armatures (câbles ou torons) mises en tensionaprès coulage du béton lorsqu’il a acquis une résis-tance mécanique suffisante (pour lui permettre desupporter les efforts de compression auxquels il estalors soumis).

Après coulage et durcissement du béton, lescâbles de précontrainte sont enfilés dans des gai-nes et des ancrages qui s’appuient sur l’ouvrage enbéton à comprimer, mis en tension à l’aide devérins et bloqués tendus dans les ancrages. Lescâbles transmettent leur tension au béton et letransforment en béton précontraint. Il existe deux types de précontrainte par post-ten-sion :– intérieure au béton ;– extérieure au béton.


78


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NotaLes ancrages de précontrainte constituentun organe essentiel puisqu’ils permettentd’assurer le maintien de l’effort de pré-contrainte dans les armatures après la miseen tension.Dans la plupart des systèmes de pré-contrainte, le blocage des armatures par rap-port à l’ancrage est obtenu par frottement(clavetage dans une pièce conique).

2.6.3 - Précontrainte par pré-tension ou précontraintepar fils adhérents

Une poutre est précontrainte par pré-tension lorsquela mise en tension des aciers de précontrainte esteffectuée avant le bétonnage de la poutre. Ces pou-tres sont fabriquées sur un « banc de préfabrication ».

Les armatures de précontrainte sont enfilées dansdes coffrages à l’intérieur des cages d’armaturespassives et sont positionnées grâce à des gabaritsmétalliques percés faisant également office de cof-frage d’about.

Les armatures de précontrainte (fils ou torons) sonttendues avant bétonnage (dans des bancs de pré-contrainte de plus de 100 m de longueur) à l’aidede vérins entre deux massifs d’ancrage. Le bétonfrais est coulé au contact des armatures. Lorsqu’il aacquis une résistance suffisante (la montée enrésistance peut être accélérée par traitement ther-mique), on libère la tension des fils (par relâche-ment des vérins), qui se transmet au béton paradhérence et engendre par réaction sa mise encompression (les fils détendus veulent reprendre

NotaLa précontrainte extérieure présente denombreux avantages, notamment l’allé-gement des structures par réduction dessections, la facilité de mise en œuvre etsurtout les possibilités de remplacementdes câbles endommagés ou de renforce-ment de structures soumises à des char-ges accrues.

La mise en précontrainte par post-tension est réali-sée par la succession des étapes suivantes :– des conduits (les plus utilisés sont des « gaines »)sont positionnés à l’intérieur du coffrage (pré-contrainte intérieure) ou à l’extérieur (pré-contrainte extérieure) avant bétonnage ;

– les armatures sont enfilées dans les conduitsaprès bétonnage ;

– les armatures sont tendues à leurs extrémités pardes vérins qui prennent appui sur le béton de lapoutre et « ancrées » par des systèmes d’ancra-ges; la tension des armatures se transmet aubéton et le comprime ;

– le contrôle de la tension des câbles est effectuépar mesure de leur allongement (l’allongementétant proportionnel à l’effort de traction exercésur les câbles – Le calcul de l’allongement ducâble doit tenir compte des différentes pertes detension, par frottement, par déformations instan-tanée ou différée du béton ou par rentrée desancrages) ;

– les vérins sont ensuite démontés et les excé-dents de câbles coupés ;

– les conduits sont enfin injectés par un coulis deciment (ou parfois par des cires ou des graisses)afin de protéger les armatures de précontraintede la corrosion.


leur longueur initiale, mais leur adhérence au bétonempêche ce raccourcissement et l’effort qu’il a falluexercer pour les tendre se transmet au béton).

Cette technique est uniquement appliquée à lapréfabrication : elle permet de réaliser des pou-trelles, des poteaux, des poutres, des dalles alvéo-lées, des prédalles, etc.

2.6.4 - Armatures de précontrainte

Les armatures de précontrainte sont en acier àhaute résistance. Elles se présentent sous forme defils, de torons, de barres ou de câbles. Elles peu-vent être intérieures au béton :– pré-tendues et adhérentes ;– post-tendues et adhérentes ou non.Elles peuvent aussi être extérieures au béton etreliées à la structure au niveau des ancrages et desdéviateurs uniquement.

Les torons

Les torons sont un assemblage de plusieurs fils (lefil est produit par déformation à froid (tréfilage)d’un fil machine).

• Torons 3 fils : 3 fils enroulés sur un axe théoriquecommun (utilisation en précontrainte par pré-ten-sion uniquement).

• Torons 7 fils : 6 fils disposés en hélice autour d’unfil central d’un diamètre plus important.

Les torons sont caractérisés par leur nombre de fils(et la section du fil) et leur diamètre. Les classes derésistance des torons sont : 1670, 1770, 1860 et1960 MPa. Les caractéristiques des torons les pluscourants sont données dans le tableau ci-dessous.

Ils sont définis par leur force garantie de rupture(FRG) qui varie selon la classe de l’acier.

Les câbles

Les câbles sont constitués de plusieurs torons enacier à haute résistance pour béton précontraint. Lagamme des câbles s’étend des câbles monotoronsaux câbles de très grande puissance comportantjusqu’à 55 torons.

Les unités les plus courantes, pour la précontraintelongitudinale, sont les unités 12 ou 13 T15 S (compo-sées de 12 ou 13 torons T15 S) pour la précontrainteintérieure et 19 T15 S pour la précontrainte exté-rieure.

Un câble est défini par le type et le nombre detorons et la classe de résistance.


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Désignation Classe MPa Diamètre (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 : caractéristiques des torons de précontrainte


2.6.5 - Conduits pour précontraintepar post-tension

Il existe plusieurs types de conduits dans lesquelssont disposés les câbles :– gaine (métallique) nervurée en feuillard : épais-seur du feuillard : 0,3 à 0,6 mm – diamètre 25 à130 mm;

– tube rigide en acier – épaisseur 1,5 à 2 mm;– gaine nervurée en PEHD;– tube en PEHD.La gaine en feuillard est la plus courammentemployée en ouvrage d’art.

Les conduits, nécessaires uniquement en post-ten-sion, ont pour rôle de :– ménager un passage continu du câble de pré-contrainte selon le tracé et la position prévue lorsdu dimensionnement de l’ouvrage ;

– résister aux sollicitations lors de l’installation, lamise en tension (pression localisée, abrasion) etl’injection (étanchéité, pression d’injection) ;

– transmettre les efforts par adhérence (dans le casde la précontrainte intérieure) ;

– assurer une protection mécanique de l’armature etune enveloppe (étanchéité) du coulis d’injection.

La section du conduit est égale à 2 à 2,5 fois la sec-tion de l’armature afin de permettre son remplis-sage.

2.6.6 - Injection des conduits de précontrainte

L’injection avec des coulis de ciment des câbles deprécontrainte a pour objectif de protéger les aciersde précontrainte contre les agents corrosifs exté-rieurs. En évitant tout contact entre les armatureset l’eau ou l’air humide, le coulis de ciment consti-tue une barrière permanente contre la corrosion,du fait de la passivation des armatures. Il garantit lapérennité de la précontrainte et donc de l’ouvrage.Cependant, l’injection est une opération délicate àréaliser en raison des tracés fortement ondulés descâbles et de leur grande longueur.

Le coulis, pour assurer convenablement la satisfac-tion des exigences, doit être injecté de tellemanière que la gaine soit entièrement remplie. Ilne doit pas présenter de phénomène de ségréga-tion pendant l’injection et pendant la période avantla prise. Il est adjuvanté, ce qui optimise ses carac-téristiques rhéologiques et lui confère une fluiditéadaptée aux méthodes d’injection et une duréed’injectabilité maîtrisée.

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

Les essais et contrôles à effectuer sur les coulis deciment portent sur :– la composition chimique des constituants qui nedoit pas révéler la présence d’éléments agres-sifs ;

– la fluidité du coulis qui doit être maintenuedurant une période en accord avec les conditionsde mise en œuvre ;

– la stabilité du coulis avant prise ;

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– l’absorption capillaire déterminée sur coulis durcià diverses échéances ;

– la résistance mécanique en flexion et en com-pression ;

– le temps de début et de fin de prise (sur plage detempérature d’utilisation).

Les spécifications sur les coulis visent à leur confé-rer un maintien de la fluidité et de l’homogénéitépendant plusieurs heures, pour une maîtrise de ladurée d’injectabilité et pour une reproductibilitédes caractéristiques pendant toute la durée duchantier.

La méthode traditionnelle consiste à réaliser l’in-jection par pompage à une extrémité avec mise àl’air de l’évent à l’extrémité opposée et ouverture,au passage du coulis, des évents intermédiairessitués aux points hauts du conduit.

Après l’injection de la totalité de la gaine et miseen pression du conduit à 0,5 MPa, on procède à lapurge des capots d’ancrage et des évents, puis au

cachetage des têtes d’ancrages afin d’éviter touteinfiltration d’eau jusqu’aux ancrages.

Les coulis de ciment à base de constituants de qua-lité, dont les formulations sont optimisées, offrentdes performances stables. La réglementationactuelle permet, grâce à la procédure d’avis tech-nique basée sur une série d’essais pertinents, decontrôler parfaitement la chaîne de fabrication etd’injection du coulis et d’en garantir la qualité et laprotection efficace des câbles de précontrainte.

2.6.7 - Propriétés des armatures de précontrainte

Les propriétés des armatures de précontrainte sont définies dans l’article 3.3 de la norme NF EN 1992-1-1.

Les armatures de précontrainte (fils, torons et bar-res) sont définies en fonction des caractéristiquessuivantes :– résistance, décrite par la valeur de la limite d’é-lasticité conventionnelle à 0,1 % (fp0,1k), par lerapport de la résistance en traction à la limite d’é-lasticité conventionnelle (fpk / fp0,1k) et par l’allon-gement sous charge maximale (εuk) ;

– classe indiquant leur comportement vis-à-vis dela relaxation ;

– section ;– caractéristiques de surface.

Le diagramme « contrainte déformation » fait l’ob-jet de la figure 3.10 de l’article 3.3.6.Pour le dimensionnement des sections, l’une oul’autre des hypothèses suivantes peut être faite :– branche inclinée, avec une limite de déforma-tion εud ;

– branche supérieure horizontale, sans limite pourla déformation.

L’article 5.10 de la norme NF EN 1992-1-1 précisetoutes les données relatives aux forces de pré-contrainte et aux pertes de précontrainte instanta-née et différée à prendre en compte pour ledimensionnement. Les forces de précontrainte


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durant la mise en tension sont limitées par lacontrainte maximale de l’armature et par une com-pression limite dans le béton.

NotaLes dispositions constructives relatives auxarmatures et aux gaines de précontraintesont définies dans l’article 8.10.1 de lanorme NF EN 1992 partie 1-1.

2.6.8 - Domaines d’utilisation du béton précontraint

Le béton précontraint est utilisé pour de nombreuxouvrages.

• Les ponts :– ponts poussés ;– ponts en encorbellement à voussoirs pré-fabriqués ;

– ponts en encorbellement coulés en place,– ponts à poutres ;– ponts à haubans ;– PSI-DP Passages supérieurs ou inférieurs àdalle précontrainte ;

– VI-PP Viaducs à travées indépendantes àpoutres précontraintes ;

– PR-AD Poutres précontraintes par adhé-rence*.

• Les structures off-shore• Les structures industrielles• Les réservoirs (d’eau, d’hydrocarbures) et les silos• Les enceintes de réacteurs nucléaires• Les bâtiments industriels, commerciaux ou agricoles :

– poutres*, poutrelles*;– dalles alvéolées de planchers*;– prédalles*;– poutres et poteaux pour ossatures.

NotaDans le domaine du bâtiment, la pré-contrainte par post-tension, bien quemoins courante, est utilisée pour des pou-tres de grande portée ou pour des dallesde planchers de section relativementmince par rapport à leur portée : parkings,bâtiments industriels ou commerciaux.

*Précontrainte par pré-tension.

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BA-CORTEX est un outil dédié à la formationau dimensionnement des structures enbéton selon les Eurocodes. Il est en accèslibre sur Internet. Il est composé de trois familles de modules :– modules de cours ;– modules d’applications ;– modules de projet ;et compte trois niveaux de formation :– niveau 1 : débutant ;– niveau 2 : intermédiaire ;– niveau 3 : confirmé.

www.ba-cortex.com

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2.7 BA-CORTEX


85

Chapitre3 Maîtrise esthétique

des parements

3.1 Qualité esthétique des parements

3.2 Teintes et textures des parements

3.3 Traitements et animationsdes surfaces des parements


Selon l’architecte Claude Parent : « Le béton,matière malléable, fournit une grande liberté decréation : le béton libère l’imagination. Le bétonsortant brut de son moule traduit la réalité de sanature, de sa structure, de sa matière : le bétonapporte la franchise de l’expression. Le béton ayantla possibilité de modifier son aspect final suivant lacomposition, la paroi du coffrage, le traitement desurface, il propose aux architectes une variété infi-nie d’états de surface : le béton permet le jeu desapparences. »

Grâce à ses qualités expressives, le béton peut êtrebeau et ne nécessite aucun revêtement. Trois fac-teurs essentiels déterminent la réussite d’un bétonapparent.

La formeLes coffrages et les moules de natures très diversespermettent la réalisation de toutes les formes ima-ginées, grâce à la plasticité du matériau.

La teinteLa teinte du parement est apportée par les com-posants du béton. Gris ou blanc, le ciment,mélangé aux éléments les plus fins donne au bétonbrut de démoulage sa teinte de fond. Elle peut êtremodifiée par l’ajout de pigments. Dans le cas desbétons traités, c’est la couleur des granulats lesplus gros qui prédomine. Ils seront mis en valeurpar le traitement qui, suivant son intensité, les ren-dra plus ou moins visibles.

La textureLa surface peut être lisse ou rugueuse, comporterdes creux et des reliefs, reproduire des motifsdécoratifs. Les dispositions adoptées lors du mou-lage ou de la mise en œuvre, les traitements desurface avant ou après démoulage, créent unevariété infinie de textures qui seront accentuéespar la lumière.

3.1.1 - Qualité esthétiquedes parements

Le béton, matériau minéral, composite par nature,moulable à volonté, est la matière des parements.Il s’adapte à tous les projets et répond pleinementà la demande esthétique et aux exigences archi-tecturales contemporaines.

Les multiples compositions des bétons, la sélectiondes composants et de leur dosage, les dispositionsadoptées lors du coffrage ou de la mise en œuvre,les traitements de surface avant ou après démou-lage, la teinte apportée par les constituants créentune palette quasi illimitée d’aspects, de textures etde teintes qui sont mis en valeur et accentués parla lumière. Le béton peut être rugueux, lisse, poliou brillant. La surface peut comporter des creux,des incrustations et des reliefs ou reproduire toutessortes de motifs décoratifs.

Chapitre •3

86

Maîtrise esthétique des parements

3.1 Qualité esthétique des parements


Lors de la conception et de la réalisation d’unouvrage, de nombreux paramètres doivent êtremaîtrisés pour obtenir des parements conformes,en terme de teintes et de textures, aux attentesdes maîtres d’ouvrage et des maîtres d’œuvre et àla volonté esthétique des architectes.

Un parement en béton est une surface coffrée,généralement visible après achèvement de l’ou-vrage. Il doit résister aux diverses agressions aux-quelles est soumise la structure pendant sa duréed’utilisation et s’intégrer le plus naturellement pos-sible dans son environnement.

L’obtention d’un parement de qualité repose surl’attention que l’on portera lors de la formulationdu béton et lors des différentes étapes de sa miseen œuvre. L’homogénéité de l’aspect est induitepar celle des constituants du béton. La régularitédes caractéristiques des constituants est de ce faitun point essentiel. La qualité des coffrages et desproduits démoulants, des modes de coulage et dela vibration ainsi que les conditions de maturationparticipent au résultat final.

La technologie du béton progresse régulièrementsous l’impulsion de nombreux programmes derecherche, avec les Bétons à Hautes Performances,les bétons fibrés ou encore les bétons autoplaçantsqui, par leurs qualités plastiques permettent unemise en œuvre plus facile. Les évolutions qui en

résultent se traduisent par une optimisation conti-nue des performances mécaniques et des possibi-lités esthétiques des bétons.

En plus de leurs qualités physiques et de leurs per-formances mécaniques, qui répondent aux exigen-ces constructives, les bétons sont moulables etoffrent une variété infinie d’apparences, une multi-tude d’aspects, de couleurs et de formes. Ils per-mettent de traduire et d’exprimer en volumesesthétiques simples ou complexes, les souhaits etla volonté des architectes dans un parfait respectde l’environnement.

Les progrès techniques de ces dernières annéesoffrent aujourd’hui aux maîtres d’ouvrage, auxmaîtres d’œuvre, aux architectes et aux entreprisesune très grande diversité de bétons pour laconception et la réalisation de parements esthé-tiques.

Les professionnels disposent d’un matériau quiautorise une variété infinie de possibilités d’aspect,qui répond pleinement à la demande esthétique,qui s’adapte à chaque type d’ouvrage, à la naturedu chantier, aux conditions de mise en œuvre, auxexigences architecturales contemporaines et auxbesoins et attentes des utilisateurs. Les méthodesde fabrication actuelles permettent de satisfairela qualité attendue des parements en termesd’aspects et de performances.

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3.1.2 - Différents types de parements

Le parement en béton peut être :– brut de décoffrage, dans ce cas, il présente un

aspect lisse, uniforme et régulier ou une texturemoulée obtenue en utilisant une matrice ;

– traité en surface après décoffrage ou démoulage;le traitement de surface peut être appliqué sur lebéton frais ou sur le béton durci.

Les surfaces brutes peuvent être lisses ou à reliefset être obtenues par démoulage immédiat ou dif-féré. On distingue les surfaces brutes contre-moule(l’état de surface est obtenu au contact avec lemoule, il porte l’empreinte du moule) et les surfa-ces brutes hors moule ou dessus de moule, c’est-à-dire travaillées à l’état frais par talochage, lissageou impression (l’état de surface correspond à uneface qui n’est pas au contact avec le moule pen-dant le moulage).

La qualité esthétique des ouvrages est ainsi enrichieen accentuant à l’infini le grain de la matière, lescreux et les reliefs, en modelant la surface et enrendant plus ou moins apparents les différentscomposants.

On distingue deux types de surfaces.• Les surfaces traitées à l’état fraisDe nombreuses techniques permettent de traiter le

béton à l’état frais telles que le brossage, le striage,le lavage, l’impression, etc.• Les surfaces traitées à l’état durciLes surfaces béton peuvent aussi être traitées àl’état durci par des techniques très variées tellesque la désactivation, le sablage, le grésage, le bou-chardage, le polissage, etc.

Chapitre •3

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Tableau 17 : catégories de surfaces brutes

Catégorie de surface Type d’aspect Obtention et description de l’aspect

Brut, durci moule Surface lisse ou à reliefs, similaire à la paroi du moule ou à la matriceBrute contre-moule

Brut, démoulage immédiatAspect de surface correspondant au glissement ou au décollementdu moule sur le béton frais

Dressé Règle tirée sur le béton frais

Taloché Passage d’une taloche sur le béton frais

Passage d’une brosse souple, d’une plaque de polystyrène expanséFeutré ou d’un chiffon

Aspect homogène, plus fin qu’un simple talochage

Brute dessus de mouleLissé

Passage d’une truelle ou d’une lisseuse sur le béton frais(ou hors moule) Aspect de surface lisse et dense

StriéPassage d’un balai, d’une brosse à poils durs ou d’un râteau créantdes stries sur la surface

Avec empreintesPassage d’un rouleau d’impression ou d’un instrument similaire sur lebéton frais - Impression réalisée par une matrice


3.1.3 - Caractérisationdes parements

Le fascicule de documentation P 18 503 caractérisel’aspect de surface d’un parement en béton partrois critères :– la planéité : P– la texture : E– la teinte : TChaque critère est associé à un chiffre qui cor-respond à un niveau croissant de qualité.

On distingue la planéité d’ensemble et la planéitélocale.La texture est définie par un bullage moyen, unbullage concentré ou des défauts localisés.La teinte est appréciée sur une échelle de griscomprenant sept niveaux.

3.1.4 - Aspect de surface etappréciation des parements

L’aspect perçu du parement résulte de l’action dela lumière sur le béton, du type de lumière et de laperception de l’œil de l’observateur. L’architectedoit donc définir la texture et la teinte du parementen prenant en compte les conditions d’éclairementdu parement et les effets qu’il souhaite créer.

L’appréciation d’un parement est délicate. Ellerelève à la fois de données subjectives issues dudomaine de la perception et de données mesura-bles et objectives liées à des caractéristiques phy-siques.

L’aspect de surface est défini selon deux para-mètres :– la texture de la peau du béton : elle est caractéri-

sée par l’état de surface du béton ;– la teinte, qui dépend de la couleur des différents

constituants du béton (granulats, ciments, pig-ments de coloration, etc.) : elle est caractériséepar une couleur et par les variations de nuancesautour de cette couleur.

Le fascicule de documentation P 18-503 permet dequalifier un parement en béton (coulé en place oupréfabriqué) selon sa teinte et son homogénéité en

classant les écarts entre différents aspects des sur-faces de béton. Il permet de fixer les critères d’ac-ceptation d’un parement selon des niveauxcroissants de qualité par rapport à un parement deréférence et donc de contractualiser la teintemoyenne ainsi que la plage de variation accepta-ble. Les écarts admissibles peuvent être définisentre le maître d’œuvre et l’entreprise à l’occasionde la réalisation d’échantillons de référence.

Les conditions d’observation et les critères decontrôle des parements doivent donc être préala-blement définis.• L’âge du béton : le phénomène de maturation dubéton entraîne une évolution de sa teinte (généra-lement le béton s’éclaircit au cours du temps).• Les conditions climatiques : la température, lapluie, l’hygrométrie ambiante, la présence du soleilinfluent sur l’appréciation de l’aspect du parementet sur l’homogénéité de la teinte.

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Tableau 18: incidence des paramètres de formulationet de mise en œuvre sur la clarté des bétons

Plus clair Plus foncé

Ciment PortlandTeneur en oxyde Teneur en oxyde

de fer faible de fer élevée

Ciment à base de laitier Teneur en laitier Teneur en laitierde haut fourneau élevée faible

Rapport eau/ciment Élevé Faible

Matériau de coffrage Peu absorbant Très absorbant

Surface de coffrage Lisse Rugueuse

Temps de décoffrage Court Long

Âge du béton Jeune Âgé


• La distance d’observation : l’aspect perçu duparement peut varier considérablement en fonctionde la distance et de la position d’observation parrapport à l’ouvrage (la distance minimum d'obser-vation lors des visites de réception doit être définiedans le marché).• Les conditions d’éclairement (type de lumière).

3.1.5 - Protection des parements

Les parements en béton doivent être entretenusrégulièrement par des méthodes adaptées. Leurprotection et leur entretien doivent être considéréscomme des actions prévisibles et normales.

Le béton, selon sa compacité, sa porosité et sarugosité, est plus ou moins sensible aux salissures.En optimisant l’homogénéité et la porosité dubéton, on réduit la présence de vides susceptiblesde favoriser la pénétration des salissures.

Les parements peuvent être protégés de manièrepréventive. Il existe des produits de protection quirépondent aux nuisances causées par la pollutionet les graffitis. La gamme s’étend de l’hydrofugeaux systèmes pelables, en passant par les produitspermanents se nettoyant, conservant toutes leurscaractéristiques et permettant le nettoyage destags. Les hydrofuges sont bien adaptés au béton.Ils sont destinés à limiter la pénétration de l’eau

dans les pores et les capillaires du béton sans enaltérer les qualités esthétiques (pas de modificationde la teinte ou de la texture). Ils permettent d’ob-tenir un effet « perlant », les gouttes d’eau glissantsur la surface traitée sans s’y étaler. Les hydrofugesprésentent également une bonne résistance à l’en-crassement. Les films pelables sont appliquésmanuellement ou par projection. Si un tag estappliqué, on enlève directement le film qui se dis-sout à l’eau chaude ou froide sous pression selonle procédé.

3.1.6 - Entretien des parements

L’entretien est une opération qui doit être considé-rée comme naturelle. La conservation du bon aspectd’un parement justifie l’entretien du béton au mêmetitre que celui d’autres matériaux pour lesquels cetteintervention est admise et effectuée régulièrement.

Les techniques de nettoyage usuelles sont les sui-vantes.• Le sablage, surtout en voie humide pour limiterles nuisances. La technique du sablage a évoluépour s’adapter à la nature du béton et préserver satexture.• L’emploi de l’eau, de préférence chaude, souspression avec addition de détergents, permet uneaction rapide, sans mouiller de façon excessive lebéton.• La vapeur d’eau limite encore les effets dumouillage tout en agissant efficacement sur lesimpuretés grâce à sa vitesse de projection.• L’emploi de produits chimiques mis au point pardes sociétés spécialisées permet de dissoudre lessalissures sans altérer le béton. Un nettoyage àl’eau chaude redonne ensuite au béton son aspectd’origine.L’application d’un hydrofuge après traitementconstitue une protection plus durable, limitant lafréquence d’intervention.

Chapitre •3

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91

3.2.1 - Teintes des parements

La teinte est apportée par les composants dubéton. Chaque constituant : ciment, sables, fines,pigments, granulats de couleurs complémentairesou opposées, a une influence sur l’aspect final. Grisou blanc, le ciment, mélangé aux éléments les plusfins du sable, donne au béton brut sa teinte defond. Celle-ci peut être modifiée par l’ajout de pig-ments. Dans le cas des bétons traités (bétons dés-activés, par exemple), la couleur des plus groséléments (les granulats) influence aussi la teinte dubéton. Les granulats sont mis en valeur par le trai-tement, qui suivant son intensité, les rend plus oumoins visibles.

La teinte dépend :– de la grosseur des grains en surface, les gros grains

réfléchissant moins de lumière que les petits ;– du serrage des grains en surface ;– de la saturation en eau des pores du béton à

proximité de la surface du béton.

Une surface plus rugueuse présente généralementune teinte plus sombre (la réflexion de la lumièreest réduite – plus la rugosité est importante, plus lalumière incidente est absorbée).

La teinte des parements est définie par trois com-posantes :- la luminance (L*), composante principale qui

représente le taux de lumière réfléchie par lebéton (la luminance est fonction de la granulo-métrie, plus la finesse augmente, plus l’impres-sion résultante est une augmentation de clartédans une couleur donnée) ;

- deux composantes chromatiques (a et b) quicaractérisent une couleur dominante.

Ces grandeurs sont mesurables à l’aide d’un colori-mètre. Elles permettent de caractériser de manièrepertinente les fluctuations de teinte des parementsen béton. La valeur de luminance positionne lamesure entre le blanc (L* = 100) et le noir (L* = 0).La teinte d’un parement est appréciée par réfé-rence à une échelle de gris (pouvant aller du blancau noir) ou des nuanciers de teintes. Un degré del’échelle des gris correspond à environ 10 pointsde l’échelle de luminance.

Le fascicule de documentation P 18-503 proposeune échelle des gris utilisable pour contrôler ouévaluer la régularité de teinte des bétons, en parti-culier les écarts de teinte par rapport à la teintemoyenne. Elle comprend sept niveaux de gris quel’utilisateur peut comparer à la teinte du parement.Chaque niveau de qualité de la teinte « T » est définipar deux valeurs qui caractérisent les écarts admissur l’échelle des gris par rapport à la teintemoyenne respectivement entre deux zones adja-centes de teintes différentes et entre deux zoneséloignées de teintes extrêmes. Par exemple, leniveau de qualité T (3) correspond à un écart admis-sible entre deux zones adjacentes d’un degré parrapport à la teinte moyenne et un écart admissibleentre deux zones éloignées de deux degrés parrapport à la teinte moyenne.

3.2 Teintes et textures des parements


3.2.2 - Textures des parements

La texture des parements représente l’état phy-sique de la surface, en particulier la rugosité. Ellepeut aussi être extrêmement variée. Elle résulte àla fois des reliefs des moules, des techniques dedémoulage, des traitements (de lissage, de profi-lage, de lavage) appliqués sur le béton frais, ou destraitements de surface appliqués sur les bétonsdurcis (désactivation, sablage, grésage, etc.).Dans le cas des traitements de lavage ou de dés-activation, elle dépend aussi en grande partie de lacomposition granulaire du béton (dimensions, pro-portions et formes des gravillons).

Le fascicule P 18-503 propose aussi une échelle dedegré de bullage qui permet de caractériser la tex-ture d’un parement selon trois critères :– l’aspect général caractérisé par un bullage moyen

réparti sur l’ensemble de la surface considérée ;– les zones de bullage concentré ;– les défauts localisés.

Le niveau de qualité de la texture d’épiderme « E »est défini par un chiffre qui caractérise le bullageadmissible respectivement sur l’ensemble de lasurface examinée (bullage moyen) et en zonesconcentrées. Le bullage moyen est estimé par uneéchelle de référence définissant sept niveaux debullage.

3.2.3 - Facteurs influençant la teintedes parements

La qualité de la teinte d’un parement ne résulte pasde l’application de recettes simples. Elle repose surla maîtrise d’un ensemble de paramètres liés à laformulation du béton (régularité des matières pre-mières utilisées, précision des dosages), à sa fabri-cation et sa mise en œuvre (bétonnage, vibration),aux caractéristiques du coffrage, de la peau cof-frante et du produit démoulant et aux conditionsclimatiques et météorologiques (température,humidité) lors de la réalisation de l’ouvrage et lesjours suivants.

Constituants des bétons

La teinte des bétons est apportée par celle de sesconstituants, elle peut varier du gris aux couleursles plus soutenues ou les plus pastels et à l’inversealler jusqu’au blanc le plus lumineux. En sélection-nant les constituants en conformité avec les nor-mes en vigueur (les sables, les granulats, lesciments gris ou les ciments blancs et les pigments),on obtient une palette quasi illimitée de couleurs :jaune, ocre, rouge, brun, marron, noir, vert, bleu…et de combinaisons de teintes.

La teinte des bétons bruts de démoulage estessentiellement influencée par les constituants lesplus fins du béton : ciments, fines du sable, finescorrectrices, particules ultrafines (telles que lesfumées de silice) et pigments. La teinte des bétonstraités est fonction principalement de la couleurdes gros granulats tels que les gros grains de sableet les gravillons.

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Les bétons peuvent être confectionnés avec desciments gris ou des ciments blancs conformes à lanorme NF EN 197-1. Le choix de la teinte duciment est guidé par le type de parement à réaliseret la teinte finale recherchée.

Le ciment blanc est utilisé pour réaliser les bétonsblancs et en général les bétons colorés (en utilisantdes pigments de coloration) ou les bétons clairs voiretrès clairs (en utilisant des granulats de teinte claire,sables naturels de couleur beige, ocre, rose, etc.).Il met en valeur les sables et les granulats utilisés.

Ce sont donc les éléments les plus fins (fines et sablesd’un diamètre inférieur à 0,4 mm), avec le ciment,qui vont déterminer la teinte de fond des bétons.

La coloration et la teinte générale des bétons peu-vent être obtenues en utilisant des pigments natu-rels ou de synthèse qui offrent une palette étenduede teintes : jaune, brun, rouge, ocre, noir, vert, bleu,etc. Ils sont ajoutés en faible quantité dans le béton.Leur dosage, exprimé en pourcentage du poids duciment, est compris entre 0,5 % et 2 % pour lesteintes pastel ou claires, et entre 2 % et 5 % pourles teintes vives. Selon le résultat recherché ils sontassociés à du ciment blanc ou du ciment gris.

Les aspects des parements en béton sont directe-ment liés aux conditions de développement de lazone de peau correspondant à l’interface béton-coffrage. Les caractéristiques physico-chimiquesde cette zone particulière sont essentiellementgouvernées par la quantité, la nature et l’homogé-néité de répartition des éléments fins qui vont laconstituer.

Les granulats contribuent aussi à la teinte des pare-ments. Ils sont mis en valeur en fonction du traite-ment de surface appliqué. La teinte des bétonsayant subi un traitement de surface (béton lavé,béton désactivé, béton bouchardé, béton poli) estliée à la couleur des gravillons et des gros grains desable.

La teinte du mortier peut s’harmoniser avec celledes granulats ou au contraire créer un contraste fai-sant ressortir la couleur des gravillons. Le traite-ment de surface peut aussi faire apparaître, defaçon plus ou moins marquée, la teinte des grainsfins du sable ou celle des gros grains. La taille et laforme des granulats ont aussi un impact détermi-nant sur la texture des bétons traités. La granulo-métrie doit donc être compatible avec l’aspectrecherché.

Le choix de leurs caractéristiques (roulés ouconcassés, teinte, dimensions) est donc déterminépar l’ensemble des contraintes mécaniques, phy-sico-chimiques et esthétiques. La dureté des gra-nulats doit être adaptée aux traitements de surface.

Formulation des bétons

La formulation des bétons influe directement surses performances mécaniques, mais aussi sur laqualité et la teinte des parements. La teinte desbétons peut varier en fonction de nombreux para-mètres de formulation, en particulier :– le rapport (E/C) : plus ce rapport est élevé, plus le

béton s’éclaircit ;– le rapport G/S ;– la teneur en éléments fins (éléments inférieurs à

80 µm), les éléments fins ont une influenceimportante sur la structure de la peau du béton etdonc sur sa teinte ;

– le dosage et la finesse du ciment.

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Tableau 19 : teintes des granulats en fonctionde leur nature minéralogique

Nature minéralogiquedes granulats Teintes

Calcaires durs Noir, bleu, rose, beige, blanc, vert

Granites Jaune, rose, gris, vert

Basaltes Noir ou bleu-noir

Grès Gris, rouge, beige

Diorites Bleu ou rose

Quartzites Rose, gris, blanc

Silex Beige ou bistre


Fabrication et mise en œuvre des bétons

La teinte des bétons peut varier aussi en fonctionde la régularité des constituants, de la fabrication,et de la mise en œuvre ainsi que des conditions cli-matiques (température, hygrométrie) lors des pre-mières heures suivant le décoffrage. La vibrationdu béton a aussi une influence sur sa teinte.

Conditions de maturation

De nombreux paramètres interviennent sur lesconditions de maturation du béton et donc sur sateinte finale :– la température du béton ;– la température extérieure ;– l’hygrométrie ambiante ;– la ventilation ;– l’échéance de décoffrage.Le décoffrage doit être effectué dans des condi-tions de maturité constante.

Le temps nécessaire entre le coulage et le décof-frage varie en fonction de la géométrie du pare-ment, de la composition du béton et de latempérature extérieure. Après décoffrage, la sur-face doit être protégée contre la dessiccation (dés-hydratation du béton en surface) par un traitementde cure qui permet de maintenir l’eau nécessaire àl’hydratation du ciment.

Trois grandes familles de paramètres influencentles qualités d’aspect des parements :– les paramètres de formulation ;– les paramètres de mise en œuvre ;– les paramètres de maturation et de décoffrage.

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Tableau 20 : les paramètres à maîtriser

Choix des constituantsConformité aux normes de référenceNature et couleur du cimentDosage en ciment

FormulationRapport E/C et quantité d’eau

du bétonDimensions des granulatsCouleur des granulatsTeneur en fines (quantité minimale à respecter)AdjuvantsPigments de colorationCaractéristiques du béton frais

Régularité de fabrication du bétonConsistance du béton fraisTemps de transport et d’attente du bétonContrôle de réceptionCoffrage – structure coffranteNature de la peau coffrante

Mise en œuvre Porosité du coffragedu béton Moules et matrices de coffrage

Produits démoulantsMéthode de mise en œuvre: pompage, benne…Qualité de la mise en œuvreHauteur de chute du bétonMéthode de vibrationMéthode de cure

Conditions Protection du béton

de maturation Température

et Hygrométrie et ventilation

de décoffrage Échéance de décoffrageProtection après décoffrage


3.2.4 - Facteurs influençant la texturedes parements

La texture de la surface des bétons résulte à la foisdes reliefs, des moules, des techniques de démou-lage, des traitements appliqués sur le béton frais ousur le béton durci (sablages, grésage, etc.). Elledépend aussi en grande partie de la compositiongranulaire du béton (dimensions, proportions,nature et forme des granulats).

Composition du béton

Plusieurs paramètres liés à la composition du bétonpeuvent avoir un impact sur sa texture finale :– la consistance lors de la mise en œuvre ;– le type d’adjuvants utilisés (plastifiants-réducteur

d’eau, superplastifiants, entraîneur d’air, etc.) ;– la sensibilité de la formulation aux variations de

dosage des constituants (ces variations ayant uneincidence sur la ségrégation et la porosité).

Coffrages

Une propriété essentielle du béton est son aptitudeà épouser la forme dans laquelle on le coule lors-qu’il est à l’état frais. Le béton va ensuite conserverla mémoire du coffrage ou du moule qui l’agénéré. Le coffrage va donc déterminer la forme etl’aspect du parement et contribuer à la qualité dubéton durci.

Il existe une grande variété de matériaux pourréaliser les coffrages ou les moules : acier, boismassif, bois sablé, raboté, bakelisé, contreplaqué,matière plastique, polystyrène, etc. Le choix dumatériau est fonction de la complexité de la géo-métrie de l’ouvrage à réaliser et du nombre deréemplois possibles.

Le matériau utilisé pour les coffrages, sa texture et ladimension des éléments de coffrage jouent un rôledéterminant sur la qualité et l’aspect des parements.

Les coffrages doivent être étanches et propres. Ilsnécessitent une préparation soigneuse pour leurpositionnement, leur mise à niveau et l’assemblagedes divers éléments et leur stabilité. Après net-toyage, le produit démoulant doit être appliquéeuniformément sur toute la surface.

La peau du coffrage est en contact direct avec lebéton, c’est le « négatif » du parement à réaliser,c’est elle qui va lui donner son aspect définitif en luilaissant son empreinte. Le choix de la peau cof-frante est donc fonction de l’état de surface quel’on veut obtenir.

Produits démoulants

La qualité finale du parement dépend aussi desproduits démoulants utilisés pour la lubrificationdes coffrages, car l’aspect du parement est lié àl’interface béton/coffrage. Le choix d’un produitadapté et la qualité de son application condition-nent, en particulier l’homogénéité de la texture duparement et l’absence de bullage.

Les produits démoulants doivent être choisis enfonction de la nature du coffrage ou du mouleutilisé et de leur comptabilité avec les peaux cof-frantes. Ils doivent être appliqués de manièrehomogène sur l’ensemble du coffrage, sur une sur-face propre, en couche très mince d’épaisseur uni-forme avant la mise en place des armatures. Ilssont appliqués à la brosse ou par pulvérisation enfilm mince.

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Tableau 21 : les paramètres à maîtriser

Nature de la peau coffrante (notamment porosité)Assemblage des panneaux de coffrageÉtanchéité du coffrage

CoffrageRigidité et respect des tolérances dimensionnellesNombre de réemploisQualité du nettoyageEntretien des peaux coffrantes entre chaque emploiCondition de rotation des coffrages en fonctiondes cycles de coulageEntretien des coffrages

Produit Qualité de l’applicationdémoulant Nature du produit démoulant


Mise en œuvre et vibration des bétonssur chantier

La vitesse de remplissage du coffrage doit être suf-fisante et constante pour assurer l’homogénéisa-tion entre les couches successives. La hauteur dechute ne doit pas excéder 80 cm à 1 m, afin d’évi-ter la ségrégation du béton au travers des armatu-res et un entraînement d’air occlus en trop fortequantité. Le béton ne doit pas être déversé contreles parois du coffrage.

La vibration du béton a pour but de mettre en mou-vement les granulats et la pâte de ciment afin qu’ilstrouvent un état d’équilibre en s’imbriquant les unsdans les autres. Elle permet de rendre le béton pluscompact et donc de lui conférer ses propriétésphysiques et mécaniques. Elle doit être la plusrégulière et uniforme possible afin d’éviter toutphénomène de ségrégation. Un changement dansles conditions de vibration peut avoir des répercus-sions sur la texture. Le type, le nombre d’aiguillesà utiliser, leur diamètre, la fréquence et la durée devibration doivent être préalablement déterminésen fonction de l’épaisseur de l’élément à réaliser.

Les aiguilles doivent être introduites dans les che-minées de vibration prévues à intervalles réguliersentre les armatures en fonction de leur rayon d’ac-tion, en veillant à ce que les intervalles se chevau-chent partiellement. Elles ne doivent en aucun castoucher les armatures ou le coffrage. Il est essentielde disposer d’un plan de déversement soigneuse-ment étudié et de bien convenir avec la centrale àbéton des cadences de transport et de la continuitédes livraisons.

Chapitre •3

96



3.3.1 - Principaux traitementsde surface

L’architecte et le concepteur possèdent unegrande liberté de création et d’expression, grâce àl’offre des choix, pour animer les parements : for-mes, teintes et aspects variés, obtenus parmi lagrande palette des traitements de surface.

Les traitements de surface ont pour objet d’animerla surface du béton, soit en rendant les granulatsapparents, soit en modifiant la texture, soit encréant des reliefs (stries, cannelures, rugosité, etc.).Les parements peuvent être aussi animés en maté-rialisant les joints suivant un plan de calepinage.

Les techniques de traitements de surface, combi-nées à la variété des compositions de béton, per-mettent une multitude d’aspects de surface.Celle-ci peut être lisse ou rugueuse, comporter descreux et des reliefs ou reproduire des motifs déco-ratifs.

On distingue trois principales familles de traite-ments de surface exécutés sur béton frais ou surbéton durci qui mettent en valeur les différentscomposants du béton :– les traitements de lavage ;– les traitements mécaniques ;– l’empreinte du moule ou du coffrage.

NotaTous les traitements supposent qu’uneépaisseur suffisante de béton soit prévuepour que l’enrobage des armatures soitrespecté après traitement.

NotaLes techniques de traitement sur bétonfrais nécessitent une parfaite maîtrise desvitesses, durées de prise et de durcisse-ment, des conditions de température etd’humidité ambiante et des intervalles detemps à respecter entre la mise en placedu béton et la réalisation des traitements.

Principaux traitements de surface à l’état frais :– le lavage ;– l’impression ;– le striage ;– le talochage ;– le brossage ;– le photogravage.

Principaux traitements de surface à l’état durci :– le sablage ;– le grésage ;– le polissage ;– le ponçage ;– la désactivation ;– le grenaillage ;– le bouchardage ;– la métallisation.

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3.3 Traitements et animationsdes surfaces des parements


Chapitre •3

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> DRESSAGE / ARASAGEPassage d’une règle tirée sur le béton frais pouraplanir la surface.

> TALOCHAGEÉgalisation de la surface obtenue par lefrottement d’une taloche.

> LISSAGE OU GLAÇAGECréation d’un aspect lisse par l’action de truelles.

> BROSSAGEPassage de brosses à poils raides pour faireapparaître partiellement les granulats.

> STRIAGECréation de stries profondes par l’action de peignes.

> IMPRESSIONReproduction de dessins en reliefs ou creux parla pression de rouleaux ou de moules spéciaux.

> TRAITEMENTS D’ASPECT PAR LES MOULESCréation ou reproduction de formes, de reliefsou de textures au moyen de moules, revêtementsde moules ou matrices élastomères (mousse depolyuréthane, polystyrène expansé, etc.).

> LAVAGERéalisation de surfaces de granulats apparentspar lavage direct du béton frais au jet d’eau.

> PHOTOGRAVAGEProcédé qui consiste à reproduire sur le bétonune photographie ou un dessin. Un désactivantintégré sur un support plastique oupolystyrène appliqué en fond de moule permetde reproduire l’image après décoffrage. Aucontact du béton, le désactivant empêchelocalement la prise du ciment.

> FEUTRAGEFinition après talochage par le frottementd’une brosse souple ou de chiffons.

> PRODUITS POLYCHROMESMélanges aléatoires de plusieurs bétons dedifférentes couleurs sur une même surface.

> VEINAGETraînées de couleurs différentes de celles de lasurface pour reproduire des effets de flammes.

DIFFÉRENTS TRAITEMENTS RÉALISES À L’ÉTAT FRAIS

Dressage / arasage

Brossage

Traitement d’aspectpar les moules

Striage

Impression

Photogravage

Lavage


3.3.2 - Moules et matricesde coffrage

Le béton, grâce à son aptitude au moulage et audurcissement à froid, permet de reproduire unemultitude de formes, de textures et d’aspects quelui confèrent les moules ou les coffrages et d’ani-mer ainsi les parements de motifs divers.

En effet, la très grande variété de matériaux utilisa-bles pour mouler le béton permet, soit par façon-nage de matériaux traditionnels tels que le bois,l’acier… soit par moulage de matériaux élastomè-res, d’obtenir une multitude d’aspects différents.

Les diverses techniques font appel en particulierpour la réalisation des parements à :– des moules à reliefs tra-

ditionnels (bois, contre-plaqué, acier, polyester,etc.) ;

– des moules revêtuspar des films (soupleset étanches, absor-bants…) ;

– des moules revêtuspar des matrices struc-turées (en polystyrène,polyester armé, élasto-mère, silicone, caout-chouc…).

La matière et la qualitédes peaux coffrantessont déterminantes surl’aspect fini du parementen béton. Le choix de lamatière est donc dictépar des critères de qua-lité du parement, conci-liables avec les impératifsde construction, par lenombre de réemplois, lacomplexité de la forme àréaliser, par l’empreintesouhaitée et par la faci-lité de démoulage.

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Moule en élastomère

Moule en bois

Moule en contreplaqué

Moule en acier


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> DÉSACTIVATIONApplication d’un désactivant sur la paroi dumoule ou à la surface du béton frais. La surfaceest ensuite décapée au jet d’eau ou brosséepour faire apparaître les granulats.

> DÉCAPAGE À L’ACIDEDécapage de la peau ou de la laitance du bétonpar une attaque acide laissant apparaître les grainsfins ou les gros granulats puis rinçage à l’eau.

> SABLAGEAttaque de la surface du béton par l’actiond’un jet de sable à plus ou moins forte pressionsur le béton durci laissant apparaître les grainsplus ou moins fins et adoucissant la texture desgranulats.

> GRENAILLAGEAttaque de la surface du béton résultantdes impacts de grains de grenaille et faisantapparaître les grains moyens du béton.

> PIQUETAGE / CISELAGEÉclatements ou destructions superficiellesde la peau par les chocs :– d’outils à pointes multiples,– d’outils à une seule pointe,– de ciseaux dentelés.

> ÉCLATEMENTParement cassé de façon irrégulière par l’actionde marteaux pour faire apparaître l’ensembledes constituants avec cassure des gros granulats.

> CLIVAGE OU FENDAGERupture du béton selon un plan défini parl’action de couteaux faisant apparaître la textureinterne du béton et des granulats.

> GRÉSAGEAttaque de la surface laissant de fines rayures,obtenue par l’action de meules à grainsmoyens, faisant ressortir la texture du bétonet donnant une surface rugueuse.

> ADOUCISSAGEUsinage avec des meules permettant de fairedisparaître toutes traces visibles de rayuresdonnant un aspect « adouci ».

> POLISSAGE MAT OU BRILLANTUsinage complet jusqu’au passage de meulesà grains très fins à pierres tendres ou à feutresdonnant un aspect poli mat ou brillant appeléaussi poli marbrier. Selon les granulats employéset le type de traitement, la surface peut êtremate (trois passes de polissages) ou brillante(cinq passes de polissage).

> FLAMMAGE OU DÉCAPAGE AU CHALUMEAUÉclatement superficiel (sur quelques millimètres)d’une surface de béton durci par l’action d’uneflamme à haute température faisant apparaîtrela texture interne du béton.

> GOMMAGEProjection par un flux d’air de particulesextrêmement fines pour procéder à unehomogénéisation de l’aspect ou à un nettoyagede la surface.

> BOUCHARDAGEAttaque de la surface à l’aide d’une bouchardefaisant éclater la surface du béton pour offrirun aspect rugueux plus ou moins prononcé. Cetraitement fait ressortir la structure interne desgros granulats.

> PONÇAGEParement attaqué superficiellement à la meuleabrasive à sec ou à l’eau, dégageant partiellementles sables.

> HYDRODÉCAPAGELe parement durci est attaqué au jet d’eau sousforte pression. Le calibrage du jet et sa pressionpermettent de varier la profondeur de l’attaqueet donc l’état de surface obtenu.

> MÉTALLISATIONDéveloppée par le CERIB, cette technique permetd’obtenir des aspects de surface aux refletsmétalliques (cuivre, bronze, aluminium, laiton, etc.)par projection à haute température de particules.

L’enlèvement d’une partie de la peau du bétonpar certaines de ces diverses techniques impose deprévoir un supplément d’enrobage des armatures.

DIFFÉRENTS TRAITEMENTS RÉALISES À L’ÉTAT DURCI


3.3.3 - Calepinages

Les calepinages des parements sont définis enfonction du type de coffrage ou de matrice et deleurs caractéristiques dimensionnelles. La prise encompte de toutes les contraintes de coffrage per-met de définir un calepinage des joints qui peutdonner du rythme à la surface du parement.

Si le coulage du parement ne peut pas être réaliséen une seule fois, il convient de créer des « acci-dents » volontaires du parement qui permettent dedissimuler, en des endroits préalablement choisisles reprises de bétonnage ou de concevoir le pare-ment en tenant compte des marques visibles quelaisseront les joints.

Pour les parements de grandes dimensions coulésen place, les tiges qui maintiennent l’écartementdes deux parois et évitent les risques de déforma-tion, sous la pression du béton lors du coulage,doivent être calepinées afin que les « trous de ban-ches » et les embouts coniques qui subsistent aprèsdécoffrage s’intègrent en harmonie avec l’aspectdu parement.

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Désactivation

Décapage à l’acide

Grenaillage

Éclatement

Piquetage/ciselage

Adoucissage

Grésage

Sablage profond

Polissage

Bouchardage


3.3.4 - Matérialisation des joints

La répartition des joints de reprise de coulage estfonction de la logique constructive de l’ouvrage etdes techniques utilisées par l’entreprise. Les jointssont inévitables et réaliser un parement sansaucune trace de joint est quasiment impossible. Ilest donc préférable de concevoir le parement entenant compte des marques visibles que laisserontles joints et de créer ainsi une surface de qualitéhomogène avec des marques nettes. Les jointspeuvent être dissimulés en les prévoyant dans leszones d’ombre ou, au contraire, accentués par unprofilage en retrait.

Les parements peuvent être rythmés par des jointsréguliers découlant de l’agencement des bancheset un calepinage qui respecte les joints de structurede l’ouvrage. Le choix des effets de matière et desdessins des joints permet de donner vie à la sur-face.

3.3.5 - Différenciationdes traitements de surface

Plusieurs techniques de traitement de surfaceoffrant des bétons de teintes et de textures diffé-rentes peuvent être associées et combinées entreelles sur une même surface ou sur des surfacesadjacentes et créer ainsi une animation de l’en-semble des parements de l’ouvrage.

3.3.6 - Jeux de lumière

La peau du béton révèle les jeux de la lumière surle parement. La lumière permet de mettre envaleur le rapport des volumes d’un ouvrage pareffets de transparence ou d’ombres portées. Pourla réalisation de grandes surfaces, l’utilisation de

Chapitre •3

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coffrages plus ou moins structurés permet de fairejouer la lumière sur le parement et créer ainsi uneanimation.

3.3.7 - Incrustations et motifssculptés

Le béton se prête bien aux incrustations de formeset de tailles diverses. Pour animer les surfaces desparements, il est possible de créer des reliefs obte-nus par incrustation ou incorporation d’élémentsdécoratifs ou sculptés dans le béton. Ces reliefscréent des jeux d’ombre et de lumière, des des-sins, des formes géométriques ou des ponctua-tions.

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Chapitre •3

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Bétons polis


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Bétons sablés


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Bétons bruts

Bétons lavés

Bétons bouchardés



Crédit photographiqueH. Abbadie [35-45-58-92], L. Boëgly [10-103], M. Barberon [66], BPE,D. Bonrepaux [59], C.-H. Bourgeois [101], D. Boy-de-la-Tour [47-99],

L. Casals [89], CERIB, H. Chapon, J.-P. Crousse [9], M. Ducros [95],J. Florsch [94], Holcim, R. Huarcaya [9], M. Ivry, Y. Kerveno, Lafarge,

J.-M. Landecy [38-103], G. Maucuit-Lecomte [63-78-97],C. Michel [93], M. Moch, J.-M. Monthiers [13-14-24-27-37-61-102],D. Morog, V. Paul [61], Rector, P. Pichon [54], E. Saillet [22-33-94],

A. Vavel [29], Vicat, O. Wogensky [48-91], tous droits réservés.

Illustration de la couvertureDavid Lozach / Amprincipe

Mise en page et réalisation

Amprincipe ParisR.C.S. Paris B 389 103 805

ImpressionImprimerie Chirat

Édition décembre 2008


ÉCOLE FRANÇAISE DU BÉTON7, place de La Défense

92974 Paris-La-Défense CEDEX

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