comportement de l’acier en béton armé
Le béton armé est un matériau de construction essentiel en génie civil, combinant la résistance à la compression du béton avec la résistance à la traction de l’acier d’armature pour créer des structures robustes et durables.
Ce cours explore en détail le rôle et le comportement de l’acier dans le béton armé, intégrant des notions de matériaux, de normes, de phénomènes physiques affectant la durabilité, et d’application pratique à travers des études de cas.
1. Introduction aux Matériaux Composants
- Béton:
Matériau composite principalement composé de ciment, d’eau, et d’agrégats. Il est hautement résistant à la compression mais faible en traction.
- Acier d’armature:
Typiquement en acier doux ou en acier haute résistance, l’acier d’armature est choisi pour sa capacité à résister à des tensions importantes.
Pour comprendre le Calcul des armatures d’une poutre, cliquez sur le lien.
2. Résistance de l’Acier d’Armature
L’acier d’armature doit principalement résister à la traction, à la torsion, et à la flexion. Les propriétés clés comprennent :
- Limite élastique (σ_y): Limite sous laquelle l’acier peut reprendre sa forme initiale après déformation.
- Résistance à la traction maximale (σ_u): Maximum de tension que l’acier peut supporter avant de rompre.
Formule de résistance à la traction:
\[ \sigma_t = \frac{F_t}{A} \]
où \(\sigma_t\) est la contrainte de traction (en Pascals), \(F_t\) est la force de traction (en Newtons), et \(A\) est la section transversale de la barre d’acier (en mètres carrés).
3. Déformation de l’Acier d’Armature:
La déformation de l’acier sous contrainte suit la loi de Hooke dans sa plage élastique:
\[ \epsilon = \frac{\sigma}{E} \]
où \(\epsilon\) est la déformation unitaire (sans unité), \(\sigma\) est la contrainte (en Pascals), et \(E\) est le module d’élasticité de l’acier (en Pascals), représentant la raideur de l’acier.
Exercice et corrigé sur l’Analyse de la Contrainte et Déformation, cliquez sur le lien.
4. Comportement en Flexion
Lors de la flexion, l’acier dans une poutre en béton armé subit des contraintes variables selon sa position par rapport à l’axe neutre.
La formule pour la contrainte de flexion est donnée par:
\[ \sigma_f = \frac{M \cdot c}{I} \]
où \(\sigma_f\) est la contrainte de flexion, \(M\) est le moment fléchissant, \(c\) est la distance à l’axe neutre, et \(I\) est le moment d’inertie de la section.
Exercice et corrigé sur le Comportement en flexion d’une poutre, cliquez sur le lien.
5. Phénomènes de Fluage et de Fatigue
Fluage: Augmentation de la déformation sous charge constante sur la durée.
Fatigue: Accumulation de dommages sous charges cycliques, réduisant la durée de vie de l’acier.
6. Corrosion de l’Acier d’Armature
Facteurs de corrosion et stratégies de mitigation, y compris l’utilisation de béton de haute performance et de traitements de surface pour protéger l’acier.
7. Modélisation et Simulation
Utilisation de logiciels de simulation pour prévoir le comportement sous charge, optimiser le design, et garantir la conformité aux normes de sécurité.
Exercices et corrigés de béton armé:
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