Dimensionnement des structures en béton > Les armatures pour béton armé

Différents types d’armatures

Les armatures sont obtenues à partir d’aciers pour béton armé suite à des opérations de dressage (pour les couronnes uniquement), de coupe, de façonnage et d’assemblage. On distingue deux principaux types d’acier selon leur composition chimique :

• l’acier au carbone;
• l’acier inox.



Les aciers se présentent sous formes de barres de grande longueur (souvent 12 m) ou de fils en couronnes :

• barres droites lisses : diamètre 5 à 50 mm;
• barres droites à haute adhérence: diamètre 6 à 50 mm;
• fils à haute adhérence en couronne: diamètre 5 à 16 mm.

On distingue les armatures « coupées-façonnées », qui sont obtenues par coupe et façonnage des aciers à la demande (en conformité avec les plans d’exécution définis par les bureaux d’études) et les « armatures assemblées » d’un modèle standard, constituées par assemblage des armatures coupées façonnées sous forme de « cages » ou de « panneaux » et utilisées par des applications courantes (semelles de fondation, poteaux, linteaux, etc.).

Les armatures sont :

• soit assemblées en usine, puis livrées sur le chantier ;
• soit livrées sur chantier coupées, façonnées, puis assemblées sur le site, à proximité de l’ouvrage ou directement en coffrage.

Les armatures sont donc utilisées sur les chantiers et mises en place dans les coffrages :

• soit sous forme de barres (droites ou coupéesfaçonnées en fonction des formes décrites sur les plans d’exécution) ;
• soit sous forme de treillis soudés (réseaux plans à mailles en général rectangulaires, constitués de fils ou de barres assemblés par soudage et dont la résistance au cisaillement des assemblages est garantie) fabriqués en usine et livrés en panneaux.
• soit sous forme d’armatures pré-assemblées en cages ou en panneaux.

Les jonctions des barres peuvent être assurées par recouvrements, par manchons ou par soudure.

En atelier, l’assemblage est réalisé par soudure (soudage par résistance ou soudage semi-automatique). Il s’agit uniquement de soudures « de montage » dont la fonction est d’assurer le bon positionnement des armatures façonnées entre elles, y compris pendant les transports, les manutentions et la mise en place du béton.

Sur chantier, l’assemblage est effectué soit en atelier « forain » installé à proximité de l’ouvrage, soit directement en coffrage. En général, ces deux solutions coexistent. Il est possible de souder sur site, mais le plus souvent le montage se fait par ligatures avec des fils d’attache en acier.

Le respect de tolérances sur la position des armatures, pour assurer leur enrobage correct ou la reprise des efforts conformément aux calculs, imposent des précautions durant toute la phase de bétonnage et de vibration.

Des cales en béton ou en plastique de divers modèles facilitent la mise en place correcte des armatures et leur maintien, tout en présentant des caractéristiques adaptées à celles du béton.

En général, une structure en béton armé est coffrée et bétonnée en plusieurs phases successives. La continuité du ferraillage entre les parties contiguës de structure au niveau de la reprise de bétonnage est assurée par des « boîtes d’attentes » et des « dispositifs de raboutage ».

Les boîtes d’attentes comportent des armatures façonnées dont une extrémité est repliée à l’intérieur d’un volume creux réalisé sous forme de boîte ou de profilé. L’ensemble ainsi constitué est fixé contre le coffrage à l’intérieur de la partie de structure bétonnée en première phase. Après décoffrage de cette première partie, la boîte est ouverte, en général retirée, et les armatures en attente dépliées. Il est ainsi possible de réaliser un recouvrement avec les armatures de la seconde phase.

Les dispositifs de raboutage permettent d’assurer la continuité des armatures grâce à une pièce intermédiaire appelée manchon ou couples. La liaison entre le manchon et les armatures est le plus souvent réalisée par filetage ou sertissage.

Désignation des armatures

L’acier pour béton armé est défini par ses caractéristiques de forme, géométriques, mécaniques et technologiques.

Les spécifications concernant les aciers sont détaillées dans les normes NF A 35-015 (barres lisses), NF A 35-016 (barres à haute adhérence, couronnes et treillis soudés à verrous), NF A 35-019 (fils et treillis soudés à empreintes), XP A 35-025 (aciers pour béton galvanisés). L’inox pour armatures de béton armé doit êtreconforme à la norme NF A 35-014 (acier pour béton inox).

Les aciers sont désignés par leur limite d’élasticité garantie Re en MPa, leur nuance et leur forme (lisse, haute adhérence). Par exemple, un acier HA FeE500-2 désigne un acier à haute adhérence (HA) présentant une limite élastique de 500 MPa et une classe de ductilité 2.

Caractéristiques des aciers

=> Caractéristiques de forme des aciers
On distingue deux types d’aciers pour béton armé en fonction de leur forme et de leur surface.

• Les aciers lisses : barres lisses ou fils tréfilés lisses. Elles sont de section circulaire sans aucune gravure.
• Les aciers à haute adhérence dont la surface présente des saillies ou des creux. La surface de ces armatures présente des aspérités en saillies inclinées par rapport à l’axe de la barre appelée verrous ou des aspérités en creux appelées empreintes qui sont destinées à favoriser l’adhérence des armatures au sein du béton.

=> Caractéristiques géométriques des aciers
Les diamètres prévus par la norme NF EN 10080 sont donnés dans le tableau ci-contre. En France, on se limite en pratique aux diamètres 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14 et 16 pour les couronnes et 6, 8, 12, 14, 16, 20, 25, 32, et 40 pour les barres.

Nota : Le diamètre nominal d’une barre ou d’un fil correspond au diamètre d’un cylindre de révolution de même métal ayant la même masse linéique. C’est le diamètre nominal qui est pris en compte pour le dimensionnement.

La masse volumique des aciers au carbone est prise égale à 7850 kg/m³. Pour les aciers inoxydables, la masse volumique dépend de la composition de l’acier. Elle est comprise entre 7700 et 8000 kg/m³.

Liaison acier béton adhérence

La résistance d’un élément en béton armé et la maîtrise de la fissuration supposent que l’acier ne puisse pas glisser à l’intérieur du béton, c’est-à-dire qu’il y ait adhérence parfaite entre les deux matériaux.

L’adhérence des armatures est fonction de leur forme, de leur surface (les saillies ou les creux améliorent l’adhérence) et de la résistance du béton.

Le fonctionnement du béton armé suppose une « association » entre l’acier et le béton qui met en jeu l’adhérence des armatures au béton. Pour utiliser pleinement des aciers plus performants, il faut donc aussi que leur adhérence soit améliorée.

On a par conséquent évolué vers des aciers qui sont à la fois à Haute Limite d’Élasticité (HLE) et à Haute Adhérence (HA). La haute adhérence résulte de la création d’aspérités en saillie ou en creux. La haute limite d’élasticité peut être obtenue par différents moyens :

• par écrouissage, par étirage et ou laminage à froid de barres ou fils d’acier doux;
• par traitement thermique (trempe et autorevenu) de barres ou fils d’acier doux.

L’adhérence est définie par deux coefficients :

• le coefficient de fissuration qui est pris en compte pour les calculs de fissuration du béton;
• le coefficient de scellement qui permet de dimensionner les ancrages des armatures.

Les valeurs de ces coefficients dépendent du type d’armatures (ronds lisses ou barres HA).

Propriétés pour le dimensionnement

Les propriétés et les règles à appliquer aux armatures sont définies dans la section 3 (article 3.2 – Acier de béton armé) de la norme NF EN 1992-1-1. Les prescriptions relatives aux aciers se traduisent dans les normes par les caractéristiques spécifiées suivantes :

• soudabilité et composition chimique;
• caractéristiques mécaniques en traction (ft) ;
• limite d’élasticité;
• diamètres, sections, masses linéiques et tolérances;
• adhérence et géométrie de la surface (verrous ou empreintes);
• non fragilité (aptitude au pliage);
• dimensions et résistance au cisaillement des assemblages soudés des treillis soudés;
• résistance à la fatigue (caractéristique optionnelle);
• aptitude au redressage après pliage (caractéristique optionnelle);
• ductilité.

Certification des aciers et des armatures

Les aciers et les armatures font l’objet de certifications gérées par l’Association Française de Certification des Armatures du Béton (AFCAB) qui couvrent l’ensemble du cycle des armatures depuis la production des aciers jusqu’à la pose des armatures en coffrage. On distingue quatre certifications.

=> Certification NF – Aciers pour béton armé
La certification NF – Aciers pour béton armé, garantit que les produits certifiés :

• sont conformes à leur norme de référence: caractéristiques mécaniques, masse linéique, analyse chimique, caractéristiques géométriques, non fragilité, soudabilité, aptitude au redressage après pliage (optionnelle), résistance au cisaillement des soudures et dimensions des treillis soudés ;
• ont une origine identifiable et sont contrôlés.

Chaque acier certifié est identifiable par une marque de laminage spécifique à chaque producteur et par un étiquetage NF – AFCAB. Il fait l’objet d’un certificat délivré par l’AFCAB qui précise :

• sa dénomination;
• l’usine productrice;
• les caractéristiques certifiées ;
• la marque de laminage;
• les conditions de validité.

La liste des certificats est consultable sur le site www.afcab.org

=> Certification AFCAB – Dispositifs de raboutage ou d'ancrage des armatures du béton
La certification AFCAB – Dispositif de raboutage ou d’ancrage des armatures du béton, garantit que les produits certifiés :

• permettent de réaliser des assemblages respectant les critères de la norme NF A 35-020-1;
• sont fabriqués conformément à des plans, notices et documents de fabrication présentés lors de l’évaluation initiale;
• ont une origine identifiable et sont contrôlés.

Chaque manchon certifié est identifiable par un étiquetage AFCAB. Il fait l’objet d’un certificat délivré par l’AFCAB qui précise :

• sa dénomination;
• la société productrice;
• les caractéristiques certifiées ;
• le marquage;
• la référence des documents de mise en oeuvre;
• les conditions de validité.

=> Certification NF – Armatures
La Certification NF – Armatures garantit que les produits certifiés :

• sont conformes à la norme NF A 35-027 (aciers de base conformes, non altération des aciers au cours de la fabrication, dimensions et angles conformes, conformité du manchonnage) ;
• sont conformes aux plans, catalogues ou cahiers des charges du client ;
• ont une origine identifiable et sont contrôlés.

Chaque fardeau ou paquet d’armatures comportent une étiquette sur laquelle sont présents :

• le logo de la marque NF ;
• la mention « NF A 35-027 » ;
• la portée du certificat (catégories et opérations couvertes, par exemple: Armatures sur plan coupées façonnées) ;
• le nom de l’usine et de la société titulaire du certificat;
• le numéro de certificat ;
• pour les armatures sur plans, les indications spécifiées à l’article 9 de la norme NF A 35-027 (nom du client, nom du chantier, numéro du plan, référence de l’armature, etc.) ou pour les armatures sur catalogue, la référence du produit.

Dans le cadre de la certification NF-Armatures, l’AFCAB exige des essais de pliage et de traction pour vérifier les caractéristiques des armatures après soudage. L’AFCAB supervise aussi la qualification des soudeurs.

=> Certification AFCAB – Pose des armatures du béton
Cette certification garantit que les aciers et les armatures posés par l’entreprise certifiée :

• sont conformes à leurs normes de référence;
• sont posés en respectant les plans, les règles de béton armé, les règles de mise en place des accessoires (notamment les manchons) ;
• sont parachevés sans altération des aciers ;
• sont contrôlés après la pose.