béton.

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béton.
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PRÉSENTATION

béton, matériau de construction reconstituant artificiellement la roche, composé de granulats, de sable, de ciment, d'eau et éventuellement d'adjuvants pour en modifier les propriétés. C'est le matériau de construction le plus utilisé au monde, que ce
soit en bâtiment ou en travaux publics.

2

COMPOSITION

Le dosage des différents constituants du béton dépend du type de matériau recherché, déterminé par ses utilisations. En effet, ses propriétés physiques et mécaniques dépendent de sa composition et de facteurs extérieurs, tels que la température.

2.1

Ciment

La teneur en ciment dépend de la résistance souhaitée. Pour les bétons de remplissage, peu sollicités, le dosage est de 150 kg/m3. Pour toutes les pièces constituant la structure des bâtiments, en béton armé ou précontraints, le béton contient
généralement 350 kg/m3 de ciment. Pour les mortiers, mélanges de sable, de ciment et d'eau, la teneur atteint en moyenne 450 kg/m3. Enfin, les coulis, utilisés en injection dans des forages, ne comprennent que du ciment et de l'eau. Ils servent à
boucher les microfailles et les fractures d'un terrain, par exemple autour d'un barrage avant son édification.

2.2

Granulats

Les granulats utilisés sont des graviers issus de carrières, blocs de roche concassés et broyés, ou des granulats roulés, extraits du lit des rivières. La taille des granulats varie en fonction de celle du coffrage, de la densité d'acier pour les éléments en
béton armé, et du type de béton recherché. La taille des granulats est indiquée par deux chiffres, la plus grande dimension des éléments les plus petits et celle des éléments les plus grands. Par exemple, un gravier 5/15 est composé de particules dont
le diamètre varie entre 5 et 15 mm. Pour les bétons employés en bâtiment, les granulats les plus courants sont des graviers 5/15 et 15/25. Pour des travaux de génie civil, où les pièces sont plus massives, les graviers sont plus gros, jusqu'à 150 mm
de diamètre dans le cas des barrages. Il s'agit alors de béton cyclopéen.

2.3

Sable

Les grains de sable, de même origine que les granulats, ont un diamètre inférieur à 2 mm. Cette roche sédimentaire doit être propre et sans poussières argileuses. Il existe un béton, le mortier de ciment, contenant uniquement du sable, du ciment et
de l'eau. Il sert principalement en maçonnerie pour lier les briques ou les parpaings, et pour dresser les enduits sur les murs.

2.4

Eau

L'eau doit être propre ; c'est généralement de l'eau potable. Si elle contient des chlorures, une réaction chimique a lieu et modifie la prise du ciment. Le béton perd alors ses qualités de résistance. La consistance du béton, et donc sa facilité de mise
en oeuvre dans les coffrages, dépend de la quantité d'eau. Plus un béton est liquide, plus il est facile à travailler. Mais un tel matériau présente une plus faible résistance une fois sec. Il est donc nécessaire de définir la teneur en eau selon l'usage du
béton, et d'obtenir le juste équilibre pour que le matériau soit résistant et néanmoins maniable. En général, le béton mis en oeuvre est plutôt sec, mais il est vibré au coulage pour lui permettre de remplir correctement le coffrage, et pour expulser l'air
emprisonné lors du malaxage.

2.5

Adjuvants

Lors du malaxage, on ajoute parfois des adjuvants au béton qui permettent de modifier les propriétés du matériau. Il est ainsi possible de rendre des bétons étanches, pour construire des ouvrages souterrains ou des piscines ; on peut retarder ou
accélérer le temps de prise du ciment dans le béton. Des adjuvants sont également utilisés à des fins architecturales. Par exemple, au cours du malaxage, on peut ajouter des pigments aux bétons ou aux mortiers. Des durcisseurs de surfaces, des
particules de quartz sont incorporés pour obtenir des dalles en béton supportant des charges roulantes importantes, en usine par exemple. Le béton peut être rendu poreux et fortement perméable, pour des applications en lit filtrant, ou sous les
chaussées de route, pour empêcher l'eau de pluie de stagner sur les voies de circulation. Pour obtenir des massifs de béton lourd, utilisés comme lest, on peut incorporer des particules d'acier. Le béton obtenu peut avoir une densité allant jusqu'à
4 t/m3, alors que la masse volumique d'un béton courant non armé est de 2,4 t/m3, selon la nature des composants. Le béton comprenant des particules de plomb contribue à stopper les rayonnements ; on l'emploie en milieu nucléaire. Le béton
lourd possède également de très bonnes propriétés d'isolation phonique.

3 PRÉPARATION
3.1 Malaxage
On mélange les composants à la main, à la pelle, ou au moyen d'engins mécaniques, tels qu'une bétonnière. Pour des grands travaux, le béton est fabriqué dans une centrale qui mélange automatiquement les constituants selon une composition
programmée à l'avance. La production peut atteindre plus de 300 m3/h. L'objectif est de mélanger suffisamment les composants pour obtenir une pâte homogène, au sein de laquelle les éléments les plus fins, sable et ciment, comblent les vides
laissés par l'agglomération des granulats ; on doit également envelopper complètement les graviers pour obtenir, une fois sec, un matériau reconstitutif d'une roche.

3.2

Coulage

Le béton peut être transporté jusqu'au chantier par des toupies, bétonnières montées sur camion. Une pompe à béton achemine le matériau en hauteur ou sur des sites difficilement accessibles aux camions. Sur les gros chantiers, le pompage du
béton permet des cadences beaucoup plus importantes que si l'on emploie des bennes amenées par grue sur le lieu du coulage. Le béton peut également être projeté au moyen de compresseurs pneumatiques. Ce matériau, qui ne nécessite pas de
coffrage, est utilisé lors de la construction de piscines, ou pour conforter des talus de terre instables risquant de s'écrouler.

3.3

Vibration

Une fois coulé dans un coffrage, le béton est vibré à l'aide d'aiguilles ou par des vibreurs électriques montés directement sur le coffrage. L'air expulsé durant cette phase provient des cavités entre les graviers, qui se remplissent de la pâte fine de
ciment et de sable. La vibration permet un mélange efficace et améliore le durcissement.

3.4

Durcissement

La température ambiante a une grande influence sur le durcissement, ou prise, du béton. Par temps de gel, il peut être nécessaire de chauffer l'eau, parfois même les agrégats, avant de malaxer et de couvrir le matériau pour retenir la chaleur
dégagée par les réactions exothermiques lors de la prise du ciment. Par temps très chaud, au contraire, on doit arroser le béton et le garder à l'ombre, afin que l'eau nécessaire à la prise ne s'évapore pas et provoque un retrait, c'est-à-dire une
diminution de volume de la pièce. Ce phénomène engendre des fissures dans le béton. Plus le béton est maintenu humide sur une longue période, plus sa résistance sera importante. La prise a lieu en quelques heures.

3.5

Décoffrage

Pour les pièces préfabriquées et les éléments non porteurs, il est possible de décoffrer quelques heures seulement après le coulage. En général, par temps doux, on coule le béton le soir pour le décoffrer le lendemain matin. Les éléments porteurs,
comme les poutres ou les planchers, doivent rester plusieurs jours dans leur coffrage : le béton doit durcir suffisamment pour supporter leur propre poids, ainsi que les charges qui y seront appliquées.
1 m3 de béton ordinaire contient 350 kg de ciment, 420 l, ou 590 kg, de sable 0/5, 820 l, ou 1 180 kg, de gravier 5/15 et 15/25, et de 210 l d'eau, y compris celle contenue dans les granulats s'ils sont humides.

4

BÉTON ARMÉ ET PRÉCONTRAINT

Le béton présente une excellente résistance à la compression, environ 450 DaN/cm2, mais dix fois moindre en traction ou en cisaillement. Dans une pièce en béton supportant une charge, une poutre par exemple, la partie haute travaille en
compression et la partie basse exerce des efforts de traction. Des études sur la résistance des matériaux permettent de déterminer dans chaque cas les parties d'une pièce en béton travaillant en compression ou en traction. Pour reprendre les efforts
de traction du béton, des barres d'acier sont noyées dans le béton. L'acier, qui possède une résistance égale en traction et en compression, est placé aux endroits où le béton est le plus fragile.
Jadis, les aciers employés étaient des barres rondes de surface lisse, mais ce type d'acier n'offre pas une adhérence suffisante sur le béton. En cas d'effort important, il glisse dans le matériau et les contraintes ne se transmettent plus correctement.
Aujourd'hui, ces aciers lisses sont surtout utilisés pour des attentes d'armatures, c'est-à-dire des aciers qui font la liaison entre deux éléments d'une même pièce, mais coulée en deux fois. Par exemple, un mur très long ne peut pas se couler en une
seule fois. Des aciers lisses sont coulés dans la première partie, puis ressortis partiellement pour être noyés également dans la deuxième partie à couler. Ainsi, on évite les fissures qui apparaissent à la liaison des deux pièces en béton.
En structure, les barres d'acier mises en oeuvre le plus souvent sont torsadées. Elles sont dites à haute adhérence, car leur surface rugueuse permet un lien intime avec le béton, et les contraintes peuvent se transmettre entre les deux composants.
Les armatures du béton permettent une grande économie de béton mais nécessitent des précautions particulières de mise en oeuvre. Il est ainsi indispensable que l'acier soit correctement enrobé de béton et ne soit pas au contact avec le milieu
extérieur. Si l'acier vient à rouiller, au contact de l'air humide ou de l'eau, sa section utile (la section d'acier non rouillé) diminue et la résistance de la structure est réduite. Au contraire, la rouille, en gonflant, peut faire éclater le béton et conduire à la
ruine de la pièce.
L'idée d'associer le fer et le béton a trouvé sa première application en 1848, lorsque Lambot construit une barque en béton armé à Marseille. Puis, à partir de 1852, les premiers immeubles en béton armé sont construits à Paris. Monnier élabore des
bacs à fleurs à Versailles, puis fabrique des escaliers, des réservoirs et des poteaux. Coignet produit des poutres préfabriquées. En 1930, un ingénieur français, Freyssinet, met au point la précontrainte des armatures.
La précontrainte permet d'augmenter encore la résistance des pièces en béton, et d'allonger la portée des éléments porteurs. Deux principes de précontrainte cohabitent. La précontrainte par armature adhérente, pour laquelle les barres d'acier sont
mises en tension dans le coffrage avant de couler. Lorsque le béton est suffisamment sec, les efforts sur les barres sont relâchés. Une grande tension intérieure règne dans la pièce. La deuxième méthode, appelée précontrainte par post-tension,
consiste à passer les barres d'acier dans des gaines qui traversent la pièce en béton, et à les mettre en tension après le séchage du béton, au moyen d'ancrages posés à leurs extrémités. Cette méthode est réservée aux pièces fabriquées sur le
chantier. La précontrainte par armature adhérente nécessite un matériel lourd et sert principalement aux éléments préfabriqués en usine, comme les poutrelles de plancher par exemple.
Dans tous les cas, l'effet de la précontrainte agit un peu comme la pression exercée par les mains aux extrémités d'une rangée de livres que l'on soulève ensemble. Bien que les livres du centre ne soient pas supportés directement, l'ensemble de la
rangée reste solidaire.
La précontrainte, dont la technique reste délicate et coûteuse, est utilisée principalement pour des pièces préfabriquées et sur chantier pour des travaux importants, comme les tabliers de pont, ou les planchers de très grande portée.

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PRODUITS PRÉFABRIQUÉS EN BÉTON

Le besoin de gagner du temps sur les chantiers a conduit à utiliser des éléments normalisés, et donc à produire en usine des pièces de dimensions et de qualités égales. Il existe aujourd'hui de très nombreux produits préfabriqués en béton. Les plus

connus sont les parpaings, qui ont remplacé la brique pour monter des murs. De 20 cm de haut et longs de 40 ou 50 cm, ils permettent des maçonneries de 5 à 20 cm d'épaisseur, réalisées facilement et rapidement. Des éléments similaires, les
hourdis, ou entrevous, permettent de créer rapidement des planchers. Ces éléments sont simplement posés entre deux poutrelles. Une petite épaisseur de béton armé au-dessus de ce complexe suffit à constituer un plancher d'étage. Parpaings et
hourdis sont creux pour en réduire le poids, mais aussi pour constituer une lame d'air et fournir un espace isolant au sein des blocs.
Les tuyaux sont préfabriqués en béton centrifugé. Un béton sec est introduit dans un moule tournant sur lui-même à grande vitesse, puis les tuyaux sont séchés et arrosés pendant plusieurs semaines avant d'être mis en oeuvre. Les poteaux et surtout
les poutres sont souvent préfabriqués. Cela évite des coffrages en hauteur, et des échafaudages et étaiements pour soutenir la poutre le temps qu'elle puisse s'autoporter. Les escaliers préfabriqués permettent une distribution presque immédiate des
différents étages de la construction.
Cette industrialisation et cette normalisation autorisent de grandes cadences de construction. Le béton sert uniquement de joint entre des pièces déjà prêtes, et pour les éléments de taille ou de nature telle qu'ils ne peuvent pas être préfabriqués. Les
fondations, par exemple, ne se préfabriquent pas, car leur dimension est différente pour chaque construction, en fonction de la nature du sol et des charges que le bâtiment devra supporter.
Voir aussi Bâtiment, industrie du ; Ciment ; Construction, matériaux de.
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