Le béton armé : armatures, ferraillage, treillis soudés

L’acier pour le béton armé

Les aciers pour béton armé (ABA) sont généralement issus de la filière électrique, car ce sont des aciers recyclés. Les différents éléments en acier (barres, couronnes, fils, treillis soudés) permettent de créer des armatures. Les armatures sont des éléments qui peuvent être utilisés tels quels ou subir des opérations (dressage des aciers, coupe, façonnage, soudage, assemblage, etc.).

Pourquoi armer le béton ?

Le béton, appartenant à la famille des céramiques, n’est à lui seul pas assez résistant pour faire face aux contraintes de traction, qui le déforment. On dit que le béton est un matériau fragile, comme le verre (dans le cas contraire, on parle d’un matériau ductile). En effet, lorsque l’on soumet une poutre en béton non armé à un certain poids, on constate l’apparition de plusieurs fissures sur la poutre, tandis que la poutre en béton armé résistera mieux grâce à l’armature (cf. schémas ci-dessous).

Une contrainte est la tendance d’un matériau à se déformer lorsqu’on applique une force sur lui.

Pour rappel :

• la traction est une contrainte appliquée qui va étirer un objet ;
• la compression est une contrainte appliquée de part et d’autre d’un objet et qui va le comprimer ;
• la flexion est une contrainte appliquée par deux points distants, mais de manière opposée. Cette déformation se traduit par une courbure.

Les propriétés principales des aciers de béton armé

Auparavant lisses, de section circulaire, sans gravure et avec une limite d’élasticité faible, les aciers d’aujourd’hui sont pour la plupart à Haute Limite d’Élasticité (HLE) et à Haute Adhérence (HA). Les armatures lisses continuent à être utilisées comme armatures de montage ou secondaires.

Qu’est-ce que la Haute Élasticité d’un béton armé ?

L’élasticité d’un matériau est sa capacité à se déformer de manière réversible selon une direction donnée et variant proportionnellement à la contrainte appliquée. La limite d’élasticité correspond donc à la contrainte qui fait qu’un matériau arrête de se déformer de façon élastique. Pour un matériau fragile tel que le béton, la limite d’élasticité est le moment où le matériau se rompt. Pour un matériau ductile, il subit alors des déformations définitives, irréversibles.

Ainsi, on peut obtenir une haute limite d’élasticité en :

• modifiant la composition chimique des matériaux, notamment la teneur en carbone pour l’acier (mais cela présente plusieurs inconvénients donc cela reste peu courant);
• utilisant les techniques d’écrouissage, d’étirage ou de laminage à froid sur les barres et fils d’acier doux ;
• ayant recours au traitement thermique sur les barres et fils d’acier doux.

Qu’est-ce que la Haute Adhérence d’un béton armé ?

L’adhérence des armatures au béton est essentielle pour une bonne association des deux matériaux, c’est pourquoi les aciers actuels sont particulièrement adhérents. En effet, si l’armature est lisse, une poutre de béton armé aura les mêmes propriétés qu’une poutre de béton seule. C’est l’état de surface, et donc les aspérités en creux ou en saillie de l’acier qui jouent sur l’adhérence de l’acier. L’adhérence aux extrémités des armatures est obtenue grâce à la longueur de scellement Ls (variant selon si l’acier est lisse ou à haute adhérence). Parfois cette longueur n’est pas réalisable et donc les extrémités des armatures sont sous forme de courbe (équerre, crochet ou retour).

Ainsi, les barres lisses étant peu adhérentes (grande ductilité mais limite élastique faible), elles sont généralement utilisées comme épingles de levage tandis que les barres à haute adhérence constituent les structures en béton armé.

De plus, les barres d’armatures nécessitent d’être recouvertes pour transmettre correctement les efforts. Il s’agit du recouvrement : lorsqu’on veut rallonger une barre en en mettant deux bout à bout, on doit les faire se chevaucher sur une certaine longueur afin que les efforts se transmettent d’une barre à l’autre.

Les aciers pour béton armé ont donc pour principales caractéristiques :

• une limite élastique σe en Mpa ;
• une nuance : il existe différents types de nuances d’acier pour les armatures. En France, les principales sont : B500A, B500B et B500C (le B signifie qu’il s’agit d’un acier pour béton, la valeur décrit la limite élastique de l’acier et A, B ou C détermine la classe de ductilité de l’acier sachant que C est l’acier le plus ductile) ;
• un état de surface (rugosité, aspérités). On peut distinguer deux types d’armatures selon leur nuance et leur état de surface : les barres lisses ou ronds lisses et les barres à haute adhérence ;
• un diamètre (les diamètres sont précisés dans la norme NF EN 10080-1). Le tableau ci-dessous récapitule les diamètres nominaux des aciers (diamètre intérieur d’une barre ou d’un fil en mm) avec leur section nominale (en mm² et qui est égale à l’aire du cercle au diamètre nominal) et leur masse linéique nominale (masse par unité de longueur en kg/m) correspondantes.

Les autres caractéristiques des aciers pour armatures

Outre ses caractéristiques mécaniques en traction, l’acier possède d’autres propriétés intéressantes :

• la soudabilité : l’acier est soudable, c’est-à-dire qu’il est possible de l’assembler par soudure, sans altérer ses propriétés mécaniques ;
• la non-fragilité : l’acier a une aptitude au pliage et au redressage après pliage. En effet, les armatures peuvent avoir des formes complexes et être courbées ;
• la résistance à la fatigue (qui est une caractéristique optionnelle) : capacité d’un métal à subir continuellement une charge sans donner lieu à une rupture ;
• la résistance aux cisaillements dans le cas des treillis soudés : il s’agit d’une contrainte qui tend à déchirer ou fendre les matériaux, lorsque deux forces parallèles, de sens opposé et légèrement décalées s’exercent.

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Sources :

• ⁽¹⁾ : EdC - Construction ;
• ⁽²⁾ : Infociments ;
• Cimbéton ;
• Dico BTP Editions Eyrolles.