Les Aciers Dans Le Béton Précontraint [PDF]

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Les aciers Dans le béton précontraint on utilise a la fois des aciers dits ; a)armatures passives : pour les réalisations des cages d armatures qui se composent d une part, de barres longitudinales de montage située au minimum aux angles de la cage(et d acier de peau disposes sur le pourtour de cette cage) ainsi que celles nécessaires a remplacer les zones tendues et fissurées des sections (quelquefois même a renforcer les zones comprimées) et , d autre part, les armatures transversales qui assurent ;certes, le maintien des barres longitudinales mais qui équilibrent surtout l effort tranchant agissant dans les sections .

b) armatures actives : elles sont utilisées sous forme de fils ou torons longitudinaux(rarement de barres longitudinales) pour la réalisation de l effort longitudinal de précontrainte, mais surtout sous forme de barres transversales pour complètre l effet des armatures passives qui équilibrent l effet tranchant .

1*les armatures passives sont les armatures utilisees pour exécuter les ouvrages en béton arme ; on les trouve en usine sous forme de barres laminées a chaud ,comme les ronds lisses et les barres a haute adhérence, ou bien sous forme de fils tréfiles ou lamines a froid .les treillis soudes se présentent sous forme de réseaux plans constitues de fils lisses ou de barres a hautes adhérence de 16 mm de diamètre au maximum, assembles entre eux en mailles rectangulaires .la valeur garantie de l allongement uniformément reparti des armatures passives est de 5% pour les aciers de catégories 3 de la norme NF A 35016(FeE400 ou FeE500) et de 2% pour les treillis soudes . fiche technique des armatures : chaque fiche d agrement délivré par le ministère concerné, et doit mentionner certaines propriétés de l acier notamment :

Armatures de précontraintes :

Armature de precontrainte dans la pratique du béton précontraint les aciers sont tendus en moyenne entre(1000/1500) Mpa , ce qui nécessite l emploi d aciers durs a haute résistance et a haute limite d élasticité .la composition minéralogique des aciers durs a haute résistance et a haute limite d élasticité varie d un fabriquant a un autre , cependant les principaux composants varient dans les limites suivantes : constituants pourcentage carbone (0,7 ÷0,8) manganèse (0,65÷1,2) silicium (0,2÷0,25) soufre (0,025÷0,04) phosphore (0,025÷0,06) Tableau- Composition minéralogique des armatures de précontraintes

La fabrication des aciers a haute résistance met en jeu plusieurs traitements thermiques et mécaniques.

*traitement thermiques : ils sont constitues par les combinaisons de diverses opérations ; chauffe, refroidissement (trempe) et , pour certains traitements, réchauffage(revenu).les principaux traitements sont : -la trempe -le patentage -le vieillissement artificiel par chauffage. *traitements mécaniques : Ce sont soit des opérations de laminage a froid soit de trefilage.ces opérations permettent de réduire fortement les diamètres et modifiant en même temps les propriétés mécanique de l acier. Enfin les barres peuvent recevoir des empreintes par laminage  , destinées a augmenter l adhérence. On peut également améliorer considérablement les caractéristiques des aciers en leur faisant subir un durcissement mécanique .celui ci peut être réalise par voie d et irage, de traction ou de torsion. Le durcissement mécanique change la structure du métal et favorise l élévation de résistance de l acier. Les aciers de précontrainte qui se présentent sous forme de fils, torons ou de barres ,se classent en catégories ou en classes de résistances. +catégories d aciers de précontrainte Les armatures actives de précontraintes sont classées en trois catégories .on distingue : 1-les fils : Ce sont des armatures principales dont les diamètres varient de 3 a 12 mm , livrées sous forme de couronnes de 200 kg et de diamètre D tel que : D≥ 250Ǿ , pour éviter les contraintes résiduelles dues a leur enroulement en cerce. Cette disposition permet au fil d être auto dérouleur , ce qui signifie qu’ au déroulage le fil est approximativement rectiligne et ne garde pas de trace importante de la flexion qu’ il a subie. Les fils ronds et lisses : La surface des fils ronds, lisses, et celle d un cylindre circulaire. Le fil est défini par son diamètre nominal D ;le producteur garantit les tolérances sur le diamètre, et, éventuellement le calibrage du fil Les diamètres des fils les plus courant sont : 5,7,8 et 12mm ; les fils de 5 mm les plus utilises autrefois, sont moins répondues aujour d hui, de même que les fils de 12 mm, qui ne sont employés que pour certains usages spéciaux, tels que la précontrainte verticale d âmes de poutres par nono fils.

Les fils non ronds ou non lisses : Elles peuvent être obtenus soit directement par laminage, soit a partir d un fil rond lisse tréfile auquel on fait subir une passe spéciale pour le munir d empreintes ou d aspérités destinées a augmenter ses qualités d adhérence .dans cette catégorie entrent également les fils ondules obtenus a partir d un fil rond lisse auquel on impose une déformation permanente a peine perceptible a l œil , mais suffisante pour augmenter l adhérence . diamètre 7mm

8mm

classes 1 2 Fpe(Mpa) 1255 1393 Fpe(KdaN) 4,83 5,36 Fpr(Mpa) 1402 1559 Fpe(Mpa) 1255 1393 Fpe(KdaN) 6,31 7,00 Fpr(Mpa) 1402 1559 Tableau : caractéristiques mécaniques des fils

3 1451 5,58 1628 1451 7,29 162,8

4 1500 5,77 1667

2—les torons Ils sont constitues par des fils tréfiles, de plus petit diamètre que les fils précédents (Ǿ=2 à 4mm) disposes en hélice, régulièrement places les uns par rapport aux autres en une ou plusieurs couches superposées. Le pas de tonnage est le pas de l hélice qui constitue l axe du fil dans le toron. Les torons actuellement utilises sont, soit des torons a 3 fils symétriquement enroules les uns sur les autres, soit des torons a 7 fils formes par une couche de 6 fils enroules symétriquement autour d un fil central, qui est souvent d un diamètre légèrement s supérieur a celui des fils périphériques. Les torons a 3 fils, utilises exclusivement pour la précontrainte par prétention sont formes par des fils de 2,4 mm de diamètre ; leur diamètre d encombrement est de 5,2 mm et leur section nominale de 13,6 mm2 . Les torons a 7 fils les plus courants sont : les torons de 1 /2 ,soit 12,7 mm , forme de 6 fil Ǿ 4,2mm ,enroules sur un fil de Ǿ 4,3 mm et dans la section nominale est 94mm 2 .notons enfin l existence de torons a plusieurs couches , et en particulier celle du toron de 19 fils, formé d une couche périphérique de 12 fils et une couche intermédiaire de 6 fils autour d un fil central. denomination T13

T15

classes 1 2 fpe(Mpa) 1518 1603 Fpe(kdaN) 15,79 16,67 fpr (Mpa) 1697 1791 fpe(Mpa) 1411 1552 Fpe(KdaN) 19,62 21,58 fpr(Mpa) 1623 1743 Tableau :caractéristiques mécaniques de torons

3

1622 22,56 1814

Les torons peuvent être utilises seuls(mono-fil, mono-toron)mais peuvent également ,afin d obtenir des capacités de précontraintes importantes, être regroupes pour constituer un câble.

*/câbles mono-torons : Les câbles a torons sont constitues de plusieurs torons disposes en hélice , régulièrement places les uns par rapport aux autres en une ou plusieurs couches superposées et s appuyant sur une âme centrale métallique (toron cou câble) en acier ou composite aluminium-acier par exemple. */les câbles clos : Ce sont des câbles mono torons dont une ou plusieurs couches extérieures sont constituées de fils profiles, leur donnant ainsi une surface parfaitement lisse qui assure une très bonne protection contre la corrosion .une grande résistance a la giration. 3-Les barres : Les barres sont des armatures droites dont le diamètre nominal Ǿ est compris entre 12 et 32mm. Elles peuvent être préférées aux fils dans certaines applications ; en particulier celles ou la rigidité de l armature est intéressante pour l exécution : barres en attente verticales par exemple. Les barres les plus courantes ont un diamètre de 26mm de la longueur maximale disponible est de l ordre de 18m ,ce qui réduit leur utilisation , sauf a utiliser des coupleurs. Diamètre (mm)

Section (mm2)

fprg (Mpa)

fpeg (Mpa)

Relaxation à 1000 h

20 314 1030 828 20 314 1230 1083 26 531 1030 834 26 531 1230 1083 4% 32 804 1030 833 32 804 1230 1082 36 1018 1030 835 36 1018 1230 1081 Tableau : caractéristiques mécaniques des barres les plus utilisées pour précontraintes Selon la nomenclature, un câble s identifie par 2 chiffres séparés par les lettres F et T. le premier chiffre désigne le nombre de fils, le deuxième leur diamètre et enfin la lettre indique qu’il s agit soit d un fil(F) soit d un toron(T). Qualités requises pour les aciers de precontraintes : -resistance ; L utilisation d acier a tres haute resistance est indispensable pour la precontrainte du beton et maintenir un niveau convenable de la tension dans les armatures apres intervention des pertes qui s elevent en moyenne à 30% environ de la tension initiale. La loi de comportement des aciers de precontrainte ne presente pas de veritable palier plastique. Cette abscence de palier plastique ne permet pas de definir une veritable limite elastique, aussi estelle definie de façon conventionnelle comme le point d intersection de la courbe allongement – traction et d une droite parallele a la droite elastique(de pente E) decalee de 0,1 %.les aciers courant,presentent les resistances suivante :

1300 Mpa≤ fpr2≤1600Mpa

-module d elasticite : Tout les aciers quelle que soit leur resistance ont pratiquement le meme module d elasticite. E=200000 Mpa -coefficient de striction Z Le coefficient de striction est la reduction relative de l aire de la section droite de l eprouvette dans la section de rupture  dans l essai de traction .il rend compte de la capacite de deformation plastique localisee du metal. Sa connaissance permet d avoir une idee de la forme de la courbe de rupture au –dela du point d d ordonnee maximale, et il doit etre aussi eleve que possible pour eviter les ruptures fragiles.le coefficient de striction n est facilement mesurable que sur les fils ronds lisses et les barres . pour les fils ronds lisses, sa valeur est superieur a 20% pour les fils de 10 à 12 mm,et à 25% pour les fils de diametre inferieur àn 10 mm. Pour les torons ,on ne peut definir que le coefficient de striction de chacun des fils constitutifs. -Adherence : Les armatures actives doivent presenter une rigosite suffisante pour assurer l adherence la plus efficace possible surtout dans le cas du procede par pre tension.on peut considerablement augmenter l adherence en passant le fil entre des molettes dentees qui lui donnent une forme ondulee. Faible relaxation : Lorsqu on tend un fil d acier a une contrainte elevee,la longueur du fil etant maintenue constante, on remarque au cours du temps une diminution de la contrainte initiale.cette perte de tension depend principalement de deux parametres : -la qualite intrinseque de l acier : certains traitements thermiques permettent de reduire la valeur de la relaxation ; -la tension initiale de l armature : la relaxation est pratiquement nulle tant que la contrainte appliquee reste inferieure à 60% de la limite elastique.Elle croit ensuite en fonction de la contrainte inintiale. La determination experimentale de la relaxation des cables torons ou torsades se fait conformement a la norme A.03.715, celle des fils et barres se fait selon le norme A.03.716. L essai de relaxation consiste à mesurer , à une temperature données, fixée conventionnellement à 200C(±10) sauf specification contraire lors de la commande , les variables d une eprouvette maintenue à longueur constante à partir d une charge initiale donnée.

Experimentalement, on observe que la relaxation à un temps infini d une armature tendue à 75% de la limite élastique est comprise entre 1,6 et 2,2 fois la relaxation mesurée à 1000 heures , ce qui correspond à des pertes de tension comprises entre 3,2 et 17,6 %. Fiche d agrement des aciers de precontrainte : les caracteristiques essentielles des aciers de precontrainte sont données sur la fiche technique d agrement delivrée par le ministere concerné.cette fiche comprend : Fiche technique •Resistance à la rupture en traction ,notée (fprg) •Limite conventionnelle d elasticité,notée (f peg) •Allongement sous charge maximal •Coefficient de striction(Z) •Relaxation à 1000 heures , notee (p 1000) •Longueur nominale de scellement par adhérnce(l cs) •Coefficient de fissuration(η) •coefficient de scellement(Ψ)