Présentation
EnglishNOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 1991-1-4/NA de mars 2008 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 1991-1-4/NA/A3 (P06-114-1/NA/A3) "Eurocode 1 : Actions sur les structures - Parties 1-4 : actions générales - Actions du vent - Annexe nationale à la NF EN 1991-1-4:2005 - Actions générales - Actions du vent" (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1903 (mars 2019).
RÉSUMÉ
L’invention du béton précontraint par Eugène Freyssinet a révolutionné l’art de construire au XXème siècle en ouvrant aux structures en béton des domaines jusqu’alors inaccessibles. La précontrainte est réalisée par des armatures d’acier à haute résistance tendues, soit avant bétonnage, c’est la pré-tension, soit sur le béton durci, on parle alors de post-tension. Cet article expose les principes du béton précontraint et les bases des règles de calcul des structures en béton selon les normes les plus récentes (Eurocodes). Il s’attache ensuite aux propriétés des matériaux utilisés, puis présente les matériels et techniques de mise en œuvre. Il détaille enfin les différents phénomènes provoquant des pertes de tension dans les armatures de précontrainte et donne un exemple de calcul.
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Emmanuel BOUCHON : Ingénieur général des Ponts, des eaux et des forêts - Ministère de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer - Professeur de béton précontraint à l’École nationale des ponts et chaussées et au Centre des hautes études de la construction
INTRODUCTION
Alors que les origines de nombreuses techniques sont souvent incertaines et controversées, l’invention du béton précontraint est connue sans ambiguïté puisqu’un seul homme, Eugène Freyssinet, peut légitimement la revendiquer. C’est lui qui conçut et réalisa, dès 1908, le tirant de l’arche d’essai du Veurdre, ancêtre incontestable de tous les ouvrages en béton précontraint, perdu pendant la Première Guerre mondiale puis retrouvé par hasard en 1991 dans un jardin particulier des environs de Moulins. C’est lui qui, en 1928, déposa les premiers brevets sur l’ancrage par adhérence, à l’origine de la précontrainte par prétension puis qui, au sein de la société forclum, développa toutes les techniques permettant sa mise en œuvre effective (structure des moules, pré-étirage des fils, essorage et étuvage des bétons…) pour la réalisation de poteaux électriques. C’est lui encore qui inventa le premier système opérationnel d’ancrage par post-tension et le vérin associé (brevets de 1939)…
Si Eugène Freyssinet fut un constructeur remarquable, un pionnier à l’imagination débordante, un expérimentateur et un observateur remarquable, un travailleur acharné et exigeant, il ne consacra jamais beaucoup de temps à publier sur ses idées ni, surtout, à les vulgariser en les structurant et en les détaillant de façon à en faciliter l’appropriation par le plus grand nombre. C’est à quelques-uns de ses proches collaborateurs, parmi lesquels on peut citer Yves Guyon et Pierre Lebelle, que revient le mérite d’avoir rendu accessible à la communauté des ingénieurs-constructeurs l’ensemble de ces concepts nouveaux, d’en avoir fondé une théorie cohérente et d’en avoir dégagé des règles simples de prédimensionnement.
Le présent article et l'article [C 2 377] s’inscrivent modestement dans cette lignée. Leur objet se limite à la précontrainte par câbles de structures en béton essentiellement constituées de poutres. Il se concentre sur le dimensionnement et les dispositions constructives de ces ouvrages. Des informations sur les méthodes et techniques de mise en œuvre sont données dans la mesure où elles sont utiles au calcul et à la conception de détail.
Depuis les travaux de Guyon et Lebelle, les principes et les méthodes de dimensionnement n’ont pas changé. Par contre, les matériaux, aussi bien acier que béton, ont largement progressé, comme en attestent les normes françaises et européennes qui les concernent. Les règles de calcul et de justification ont aussi connu des modifications notables, les règles françaises laissant la place aux Eurocodes. Le présent article intègre les dernières évolutions de ces normes, et en particulier de l’Eurocode 2, consacré aux règles de calcul et dispositions constructives des constructions en béton.
Le présent article, après avoir montré comment réaliser la précontrainte d’une structure puis comment évaluer ses effets (§ 1), développe un certain nombre de notions incontournables sur les matériaux et les matériels utilisés (§ 2) ainsi que sur l’estimation de la tension dans les armatures actives (§ 3). À ce sujet, le lecteur pourra se reporter à l’article [C 2 372] qui traite des techniques de mise en œuvre du béton précontraint.
MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 1990 par Robert CHAUSSIN
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
1. Présentation générale
1.1 Définitions et conventions
Le béton est un matériau de construction particulièrement économique. Sa résistance à la compression est élevée mais il présente un point faible, sa résistance à la traction, médiocre et aléatoire. De plus, la rupture en traction est fragile : les pièces tendues ou fléchies peuvent se rompre brutalement dès l’apparition de la première fissure.
Le béton armé corrige ce défaut : les tractions sont reprises par des armatures en acier adhérentes au béton. Cependant, la résistance des armatures ne peut être mobilisée que si le béton se fissure. La fissuration réduit considérablement la rigidité et peut affecter la durabilité. De plus, le béton tendu ne sert qu’à enrober les armatures et à les maintenir en place dans la section, sans contribuer à la résistance et à la rigidité de la structure. Il constitue un poids mort qui limite les portées des éléments fléchis. Pour construire de manière efficace en béton en échappant à ces inconvénients, il faut donc éviter que ce matériau soit trop tendu risquant alors de se fissurer.
Pour cela, on peut le comprimer de façon artificielle et permanente, dans les zones où les charges extérieures développent des tractions, de façon qu’au total le béton reste comprimé (ou assez peu tendu pour ne pas risquer de se fissurer) et donc résistant, pour tous les cas de charge.
L’effort de compression volontairement développé à cet effet est appelé « effort de précontrainte » (ou, en abrégé, « précontrainte »).
Le remède ne doit toutefois pas pécher par excès : la compression totale du béton doit rester inférieure à une valeur raisonnable, de façon à éviter tout risque de fissuration longitudinale des éléments précontraints (alors que les tractions y développent généralement des fissures transversales).
De manière générale, un ouvrage en béton est dit en « béton précontraint » quand il est soumis à un système d’efforts créés artificiellement pour engendrer des contraintes permanentes qui, composées avec les contraintes dues aux charges extérieures, donnent des contraintes résultantes comprises entre des limites que le béton peut supporter indéfiniment...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CHAUSSIN (R.), FUENTES (A.), LACROIX (R.), PERCHAT (J.) - La Précontrainte. - Presses des Ponts (1992).
-
(2) - FAVRE (R.), JACCOUD (J.-P.), BURDET (O.), CHARIF (H.) - Dimensionnement des structures en béton : aptitude au service et éléments de structures. Traité de génie civil volume 8. - Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (1996).
-
(3) - GODART (B.) - AFGC. La pérennité du béton précontraint. - Presses des Ponts (2014).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
-
Plateforme ouvrages d’art « PILES »
-
BA-CORTEX – Le calcul des structures en béton selon les Eurocodes
-
Eurocodes : Building the future – The European Commission website on the Eurocodes
NF EN 1990 AFNOR (2003), AFNOR Eurocodes. Bases de calcul des structures.
NF EN 1990/A1 (AFNOR 2006), AFNOR Eurocodes. Bases de calcul des structures, amendement A1.
NF EN 1990/AN AFNOR (2011), AFNOR Eurocodes. Bases de calcul des structures. Annexe nationale à la NF EN 1990 :2003.
NF EN 1990/A1/AN AFNOR (2007), AFNOR Eurocodes....
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