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Les Notions de Dimensionnement du Béton Armé : Caractéristiques du Béton

Le béton armé, en tant que matériau de construction essentiel, repose sur une compréhension approfondie de ses propriétés et de ses caractéristiques pour garantir la solidité et la fiabilité des ouvrages. 

Dans cet article, nous plongerons au cœur des concepts de dimensionnement du béton armé en nous concentrant sur les caractéristiques fondamentales du béton, telles que définies dans la norme NF EN 1992-1-1, complétée par son Annexe Nationale. 

Ces caractéristiques, telles que la résistance, la densité, et le module d'élasticité du béton, jouent un rôle essentiel dans la conception et la construction d'ouvrages en béton armé.

Les Caractéristiques du Béton pour le Dimensionnement

Lorsque l'on aborde le dimensionnement des ouvrages en béton armé, il est impératif de se référer à la norme NF EN 1992-1-1 pour définir les caractéristiques du matériau. Les propriétés des matériaux ou des produits sont représentées par des valeurs caractéristiques, définies comme des valeurs ayant une probabilité donnée de ne pas être atteintes lors d'une série hypothétique d'essais illimitée. L'Eurocode NF EN 1990 recommande de définir la valeur caractéristique d'une propriété de matériau par le fractile 5 % lorsque des valeurs "basses" sont défavorables, et par le fractile 95 % lorsque des valeurs "hautes" sont défavorables.

Par exemple, pour le béton, en ce qui concerne la résistance en traction, deux grandeurs sont distinguées : fctk0,05 et fctk0,95.

Résistance du Béton

La résistance à la compression du béton est désignée conformément à la norme NF EN 206/CN par des classes de résistance (C) liées à la résistance caractéristique (fractile 5 %) mesurée sur cylindre fck ou sur cube à 28 jours. Pour le dimensionnement des ouvrages, le béton est défini par sa résistance caractéristique à la compression sur cylindre à 28 jours, notée fck (fractile 5 %).

Les résistances caractéristiques fck (mesurées sur cylindre) et les caractéristiques mécaniques correspondantes, nécessaires pour le calcul, sont définies dans le tableau ci-dessous :

CARACTÉRISTIQUES DE RÉSISTANCE DES BÉTONS

fck : résistance caractéristique à la compression du béton sur cylindre

fck cube : résistance caractéristique à la compression du béton sur cube

fctm : valeur moyenne de la résistance à la traction

fctk 0,05 : valeur inférieure de la résistance caractéristique à la traction (fractile 5 %)

fctk 0,95 : valeur inférieure de la résistance caractéristique 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 évolue en fonction du temps. Cette évolution est prise en compte en considérant la formule suivante :

fck(t) = fcm (t) – 8 (MPa) pour 3 ≤ t ≤ 28 jours

fck(t) = fck pour t ≤ 28 jours.

Il convient de noter que l'article 3.1.2 de la norme donne une formule plus précise pour déterminer la résistance en compression et en traction du béton en fonction du temps, en tenant compte du type de ciment utilisé.

Déformation Élastique et Fluage

Lors de la conception des ouvrages en béton armé, il est essentiel de tenir compte de la déformation élastique et du fluage du béton. Les articles 3.1.3 et 3.1.4 de la norme NF EN 1992-1-1 précisent les données nécessaires à la détermination du module d'élasticité et du coefficient de fluage du béton.

Le module d'élasticité du béton est une mesure de sa rigidité, indiquant comment le matériau réagit aux contraintes et aux déformations. Le coefficient de fluage, quant à lui, est essentiel pour comprendre comment le béton évolue sous charge à long terme.

Diagramme Contrainte-Déformation

Dans le calcul des sections de béton armé, deux types de diagrammes sont couramment utilisés : le diagramme parabole rectangle et le diagramme bilinéaire. Ces diagrammes représentent les relations entre la contrainte et la déformation du matériau, ce qui est essentiel pour comprendre son comportement sous charge.

Résistances de Calcul

Pour assurer la sécurité des ouvrages en béton armé, il est nécessaire de définir les résistances de calcul du matériau. Ces résistances sont définies dans l'article 3.1.6 de la norme NF EN 1992-1-1. Les résistances de calcul du béton sont les suivantes :

En compression : fcd = αcc fck / γc

En traction : fcd = αct fctk0,05 / γc

Avec fck représentant la résistance caractéristique sur cylindre à 28 jours, fctk0,05 étant le fractile 5 % de la résistance en traction défini à partir de la résistance moyenne en traction fctm, γc le coefficient de sécurité (généralement égal à 1,5 pour les situations durables et transitoires), et αcc et αct les coefficients, généralement égaux à 1.

Le dimensionnement des ouvrages en béton armé repose sur ces résistances de calcul pour garantir la sécurité et la fiabilité de la structure.

Conclusion

Comprendre les caractéristiques du béton est fondamental pour le dimensionnement des ouvrages en béton armé. La résistance, la densité, le module d'élasticité et d'autres propriétés mécaniques du béton jouent un rôle crucial dans la conception et la construction de structures solides et durables. Se conformer aux normes de construction, telles que la norme NF EN 1992-1-1, est essentiel pour garantir la sécurité des ouvrages en béton armé. Une gestion appropriée des propriétés et caractéristiques du béton est la clé du succès dans la réalisation de projets de construction de qualité.