Notre bureau d’étude structure mène les études des structures en béton précontraint. Aussi, notre approche du béton précontraint nous permet de proposer l’utilisation du béton au maximum de ses capacités en compression, et de calculer des solutions techniques à coût avantageux. La post tension nous permet de proposer des pièces en béton de plus faible épaisseur et/ou de plus grande portée. On doit l’invention du béton précontraint à Eugène Freyssinet qui le mis en place vers la fin des années 1920.
Béton précontraint ( l’excellence du béton)
Réglementation du béton précontraint
Les réglementations qui se sont succédées au sujet du béton précontraint sont les suivantes:
La Circulaire n 141 du 26 octobre 1953, qui est le premier règlement concernant le calcul de la précontrainte.
La circulaire n 44 du 12 août 1965, ( communément appelé IP1).
La circulaire n 73-153 du 13 août 1973, ( communément appelé IP2).
Le BPEL 1983 : le béton précontraint aux états limites.
Fonctionnement du béton précontraint
Aujourd’hui l’Eurocode 2 traite du béton armé et du béton précontraint.
Le béton a de bonnes caractéristiques en compression et de mauvaises caractéristiques en traction. Or quand une pièce en béton armé est soumise a un effort qui la fait fléchir, une partie de cette pièce est sollicitée en traction. Afin de reprendre cet effort de traction, les armatures hautes adhérentes peuvent êtres mises en places. Aussi, une autre technique consiste à utiliser le béton précontraint. Le béton précontraint, est une technique qui permet de soumettre une pièce lors de son état initial à un effort de compression, de telle sorte à ce que les charges qui viendront se soumettre à la pièce auront pour effet maximum d’annuler cet effort initial de compression.
Par exemple pour une poutre précontrainte, lorsqu’on tire les câbles on vient soumettre la poutre à un effort de précontrainte. Cet effort de précontrainte vient mettre la poutre dans un état où la fibre supérieure est tendue et la fibre inférieure comprimée. Lorsque les charges seront appliquées sur cette poutre, la fibre supérieure deviendra comprimée et la fibre inférieure tendue ( avec des contraintes ne dépassant pas les limites de résistance à la traction ou à la compression de structure béton.).
Il est à noter que le béton précontraint est plus utilisé dans les cas de chantiers de génie civil que de chantiers de bâtiment. Bien que la précontrainte par prétension soit largement répandue dans le domaine du bâtiment du fait de l’utilisation massive de dalles alvéolaires. Aussi, certains procédés de réparations dans le bâtiment font appel à des techniques de précontrainte, tel que le renforcement de semelles de fondations.
Eurocode et béton précontraint
L’Eurocode qui traite du béton précontraint est l’Eurocode 2, c’est à dire le même que celui qui traite du béton armé. D’ailleurs, l’Eurocode 2 traite d’avantage de béton armé que de béton précontraint.
Acier de précontrainte
La contrainte dans les câbles de précontrainte est bien plus importante que la contrainte dans les barres haute adhérence. La contrainte dans les câbles de précontrainte se situe entre 1500 à 2000 Mpa. L’ acier de nuance spécifique constitue ces câbles. Le bet structure métallique dimensionne aussi ces câbles.
Les calculs de béton précontraint s’effectuent en considérant les efforts portés par sollicitations extérieures, et les efforts portés par la précontrainte. L’Eurocode 2 indique qu’il y a lieu de vérifier les structures à vide (c ‘est à dire soumises uniquement à l’effort de précontrainte), et les structures précontraintes soumises aux sollicitations extérieures.
Plusieurs type de précontrainte:
Précontrainte centrée ou excentrée:
La position du câble de précontrainte à une influence sur le coût de l’ouvrage. Lorsque le câble de précontrainte se situe dans le centre de gravité de la poutre, alors la précontrainte est centrée. On parle de précontrainte excentrée, lorsque le câble de précontrainte ne passe par par le centre de gravité de la poutre. Parfois, le fait d’excentrer la précontrainte permet de réduire les quantité de béton et d’armatures, et donc d’optimiser les coûts.
Inclinaison à l’ancrage
L’effet de précontrainte est important à mi travée d’une poutre. Aussi, il est important de réduire les effets de la précontrainte au voisinage des extrémités des poutres ( aux abouts). Pour ce faire la méthode classique consiste à donner au câble un tracé curviligne, et à donner un excentrement à la force de précontrainte.
Prétension
La précontrainte par pré-tension est une technique utilisée couramment dans les usines de préfabrication de pièces en béton. Cette technique consiste à utiliser un banc de préfabrication. Les câbles de précontrainte traverseront ce banc de préfabrication. Une fois le banc de préfabrication prêt ( c’est à dire au dimension voulues, et avec les câbles tendus à la force souhaitée), on procède au coulage du béton. Par ce procédé, les câbles de précontrainte seront en contact avec le béton par adhérence. Une fois que le béton aura effectué sa prise, et aura atteint les valeurs de résistance à la compression/traction souhaitées, on vient sortir la pièce en béton du banc de préfabrication.
Post-tension
La précontrainte par post tension s’effectue en mettant en place des câbles dans les gaines adéquates. Puis, la mise en tension des câbles intervient après le coulage du béton, et lorsque le béton aura atteint des résistance à la compression et traction suffisantes. La mise en tension des câbles de précontrainte s’effectue après coulage du béton, d’où le terme « post » tension. La mise en tension des câbles s’effectue par des vérins de précontrainte.
Les câbles de précontrainte
Le matériau constitutif des fils de précontrainte torsadés est l’acier. On les appel des torons. Les diamètres de ses fils sont a choisir dans les valeurs suivantes: 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12,2. Ces valeurs indiquent le diamètre en millimètre. Le diamètre des barres de précontrainte se situe entre 12 et 36 mm. Les forces de précontraintes sont naturellement liées au diamètre de la barre, elles varient entre 0.1 et 0.7 MN par barre. En précontrainte, il y a différent type d’ancrages. Les plus répandus sont les ancrages à cône et les ancrages à clavettes.
Gaine de câble
En précontrainte, il y a principalement 2 types de gaines, les gaines hélicoïdales oubien les gaines rigides. A noter que des feuillards métalliques enroulés constituent les gaines hélicoïdales. Les gaines rigides sont des tubes en acier.
Injection de précontrainte
Après la mise en tension des câbles de précontrainte, il convient d’injecter un coulis de ciment dans les gaines de précontrainte. Ces injections de coulis de ciment ont pour but d’assurer la protection des câbles contre la corrosion, et de présenter une adhérence entre les câbles et le reste de la structure.
Cachetage précontrainte
Une encoche réalisée dans le béton accueille les ancrages des câbles de précontrainte. Par ailleurs, cette encoche mérite le plus grand soins, afin de ne pas laisser les câbles de précontrainte en contacte avec le milieu environnant. On traite généralement cette encoche avec du mortier époxy.
Enrobage
Les enrobages des gaines attirent le plus grand soin, pour plusieurs raisons, et la première réside dans le fait que l’enrobage permet de protéger contre la corrosion les gaines et câbles de précontrainte. D’autre part, l’Eurocode 2 présente les différentes règles de calcul à respecter pour déterminer l’enrobage des gaines.
Bim et précontrainte
A ce jour, les dispositifs de précontrainte sont peu représentés en BIM. Cependant on trouve quelques bibliothèques BIM qui propose quelques représentations d’objets de précontrainte, tel que les barre DYWIDAG. Finalement, certaines bibliothèques de BIM manager peuvent fournir des objets de précontrainte BIM.