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1. Principe du béton armé - IUTenligne

Introduction au b ton arm 1 1. Principe du b ton arm Introduction et historique Le b ton arm correspond un mariage judicieux de mat riaux aux caract ristiques compl mentaires : l acier pour sa capacit r sister aux contraintes de traction et le b ton pour sa capacit r sister la compression. Le b ton tant lui-m me un m lange intelligent de granulats, de ciment et d eau. Le ciment et l acier r sultent quant eux de processus de fabrication sp cifiques. Les m thodes de composition de b ton permettant d obtenir les performances voulues sont tr s labor s. N anmoins pour donner des ordres de grandeur disons que la "recette" pour obtenir 1 m3 de b ton "courant" consiste malaxer environ 1200 kg de graviers, 600 kg de sable, 400 kg de ciment et 200 litres d eau.

Chap.1 Introduction au béton armé 2 gerald.hivin@ujf-grenoble.fr Fig 1.2 La Casamaures La Tour Perret Le 19° siècle. Béton moulé et pierres factices de ciment moulé

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1 Introduction au b ton arm 1 1. Principe du b ton arm Introduction et historique Le b ton arm correspond un mariage judicieux de mat riaux aux caract ristiques compl mentaires : l acier pour sa capacit r sister aux contraintes de traction et le b ton pour sa capacit r sister la compression. Le b ton tant lui-m me un m lange intelligent de granulats, de ciment et d eau. Le ciment et l acier r sultent quant eux de processus de fabrication sp cifiques. Les m thodes de composition de b ton permettant d obtenir les performances voulues sont tr s labor s. N anmoins pour donner des ordres de grandeur disons que la "recette" pour obtenir 1 m3 de b ton "courant" consiste malaxer environ 1200 kg de graviers, 600 kg de sable, 400 kg de ciment et 200 litres d eau.

2 Cela permet d'esp rer, 28 jours d' ge du b ton, une r sistance la compression de l'ordre de 30 MPa. Actuellement les b tons courants contr l s atteignent r guli rement 25 40 MPa, les b tons haute performance (BHP) 50 100 MPa voire plus. La r sistance la traction des b tons courants est de 8 12 fois plus faible et la rupture d'une pi ce sollicit e est brutale. Le b ton est un mat riau fragile et peu r sistant la traction (comme la pierre). La pierre comme le b ton ayant une tr s faible r sistance la traction ne permet pas de r soudre facilement le probl me du franchissement qui pose la question de la r sistance aux efforts internes de traction.

3 Les vo tes ou les arcs sont une r ponse ce probl me car leur forme permet de n avoir que de la compression dans le mat riau (reste n anmoins r soudre la question des pouss es horizontales en pied). Le bois et l acier r sistent aux efforts de compression et de traction. Mais pour que le b ton r siste aussi il faut l armer ou le pr contraindre. On trouvera ci-apr s un bref historique du b ton arm .. La d couverte du ciment Le m lange de Chaux, d'argile, de sable et d'eau est tr s ancien. Les gyptiens l'utilisaient d j 2600 ans av. Vers le Ier si cle, les Romains perfectionn rent ce liant en y ajoutant de la terre volcanique de Pouzzole, ce qui lui permettait de prendre sous l'eau, ou en y ajoutant de la tuile broy e (tuileau), ce qui am liorait la prise et le durcissement.

4 Un des premiers grands ouvrages en b ton est le Panth on de Rome, construit sous Adrien en 128 avec une coupole h misph rique de 43,20 m de diam tre base de b ton de pouzzolane. Pourtant, la d couverte du ciment est attribu e Louis Vicat, jeune ing nieur de l' cole nationale des ponts et chauss es. En 1818, il fut le premier au monde fabriquer, de mani re artificielle et contr l e, des chaux hydrauliques dont il d termina les composants ainsi que leur proportion. La r gion Grenobloise est au d but du 20 si cle un haut lieu de production de ciment avec une cinquantaine de cimenteries autour de Grenoble. Pendant l'ann e 1908, Jules Bied, directeur du laboratoire de la soci t Pavin de Lafarge, d couvre le Ciment Fondu , fabriqu partir de calcaire et de bauxite, alors qu'il tait la recherche d'un liant hydraulique qui ne soit attaqu ni par l'eau de mer ni par les eaux sulfat es.

5 Fig Le franchissement Coupole du Panth on de Rome Introduction au b ton arm 2 Fig La Casamaures La Tour Perret Le 19 si cle. B ton moul et pierres factices de ciment moul Le b ton de ciment est apparu en architecture gr ce aux b tons moul s et aux pierres factices, imitation des pierres de taille coul es en b ton ; souvent du b ton de ciment prompt naturel. La pratique du moulage d buta au d but du XIXe si cle dans les r gions o l'on connaissait d j le banchage du pis et gr ce la rapidit de prise du ciment prompt naturel (dit aussi ciment romain). Fran ois Cointeraux faisait d j des moulages Lyon et Grenoble la fin du XVIIIe si cle.

6 Fran ois Coignet fut un des plus importants promoteur du b ton moul . Industriel lyonnais, il b tit son usine de Saint-Denis (Paris) en 1855 en b ton-pis qu'il breveta. La pierre factice eut un v ritable succ s dans la r gion de Grenoble, gr ce aux ciments prompts naturels partir des ann es 1840 (Ciment de la Porte de France par Dumolard et Viallet, Ciment d'Uriol par Berthelot et Ciment de la P relle par la soci t Vicat ; aujourd'hui, seuls La Porte de France et la P relle, propri t s de Vicat, produisent du ciment prompt naturel en Europe) . On moulait tout, canalisation d' gouts, vases, statues, balustrades, pierres d'angles, de claveaux, corniches, modillons, etc.

7 Cette pratique s'est r pandue ensuite dans de nombreuses grandes villes d'Europe. Les villes du nord de l'Italie ont aussi utilis le ciment moul , gr ce au prompt import de Grenoble. Grenoble est non seulement le pays de la houille blanche mais aussi celui de l or gris : La Casamaures vers 1855 et La Tour Perret 1925 en t moignent. En Is re, on b tissait au 19 s de nombreuses maisons et surtout des glises avec des l ments architectoniques de ciment moul comme l' glise de Cessieu qui date de 1850, celle de Champier de 1853 ou encore l' glise Saint-Bruno de Voiron (1857-1871), Saint-Bruno de Grenoble (1869-1875) qui sont enti rement en pierres factices de ciment prompt moul.

8 L apparition des armatures avec le mortier arm L'armature de m tal dans les mortiers provient des techniques de moulage en sculpture et fut utilis d'abord par des jardiniers exp rimentateurs. Joseph- Louis Lambot Miraval fabriqua en 1845 des caisses pour orangers et r servoirs avec du fil de fer et du mortier, en 1849 une barque arm e par un quadrillage de barres de fer, et enfin en 1855 il posa un brevet : le "ferciment", une combinaison de fer et de mortier pour les constructions navales et les caisses fleur. Il construisit un canot en 1855 qui passa inaper u l'Exposition universelle de Paris. Joseph Monier d posa en 1867, Paris, une demande pour "un syst me de caisses- bassins mobiles en fer et ciment applicables l'horticulture".

9 Il r alisa un premier pont bi- poutre de 13,80m de port e Chazelet. Apr s un long oubli, il fallut attendre l extr me fin du XIXe si cle pour qu en France, Hennebique, fasse nouveau, usage du b ton arm , lui donnant un v ritable d part. La premi re r alisation en b ton arm : Barque de Joseph Louis Lambot 1849. Mus e de Brignoles Dessins de Pont bi-poutre de Chazelet, 1875, Joseph Monier Introduction au b ton arm 3 L'invention du b ton arm En Angleterre, des entrepreneurs comme Alexander Payne et Thaddeus Hyatt, tent rent dans les ann es 1870 d'apprivoiser les armatures dans les b tons mais furent d savou s par des contradicteurs et quelques infortunes.

10 Aux tats-Unis les armatures m talliques du b ton furent d voil es par William E. Ward et exploit es par Ernest Leslie Ransome, avec ses fers Ransome dans les ann es 1880. Il fallut attendre la ma trise du b ton arm , les r flexions techniques d'ing nieurs pour voir appara tre un v ritable int r t cimentier. Fran ois Hennebique abandonna ainsi son m tier d'entrepreneur en 1892 et devint ing nieur consultant. Il eut un succ s consid rable. Cr a une soci t de franchises en construction et b tit des dizaines de milliers d' difices. Il publia le magazine B ton arm partir de 1898 pour faire conna tre ses travaux qui permirent la charpenterie monolithe d' liminer le ciment arm trop mince.