Gros œuvre/Matériaux

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Nous nous limiterons dans ce chapitre à l’étude des matériaux constituant la structure des ouvrages.

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Historiquement, c’est évidemment le bois puis la pierre qui ont été les matériaux les plus utilisés. Aujourd’hui, les trois principaux sont :

• le béton armé,
• la charpente métallique,
• la charpente en bois.

Évidemment, il existe de nombreux autres matériaux ou dérivés selon les ressources et traditions de chaque région du monde. De plus le Développement Durable faire ressurgir des matériaux qui sont moins consommateurs des ressources de la planète essentiellement parce qu’ils sont renouvelable naturellement et parce qu’ils nécessitent très peu d’énergie de transformation.

Le Béton Armé

À égalité avec la charpente métallique, le béton armé est le matériau le plus employé dans le monde.

Il faut noter que le Béton armé est en fait l’association de deux matériaux : le béton et les armatures en fer, plus exactement, pour obtenir du Béton Armé, on verse le béton, une pâte minérale, dans un moule qui contient des tiges de fer. Lorsque la pâte durcie, on obtient du béton armé qui contient donc des tiges de fer.

Le Béton n’est pas très vieux puisqu’il a un peu plus d’une centaine d’années. C’est dire si l’on connait peu ce matériau à l’échelle humaine. Lorsque le Béton a été inventé, il est apparu qu’il résistait très bien en compression. Cela signifie qu’il fallait des charges très importantes pour le faire rompre à l’écrasement. En revanche, ce matériau obtenait de piètres résultats lorsqu’il était en traction, bref lorsqu’on lui tirait dessus.

Dans une structure, certains éléments sont pour partie en Compression et pour partie en Traction. Il s’agit essentiellement des éléments en Flexion, donc les poutres et les planchers. Cela est aussi le cas des poteaux qui reçoivent un effort transversal en tête ou des murs qui supportent de la terre ou de l’eau.

Dans ce cas, il a fallu adjoindre au béton un matériau qui compensait ses faibles résultats en Traction. Le choix s’est porté sur le fer. Le fer est une dizaine de fois plus résistant que le béton en Traction. Par ailleurs, l’idée de l’inclure à l’intérieur du béton fut très bonne car le fer a une fâcheuse tendance à rouiller, mais le béton le protège de la corrosion.

Le Béton armé est donc l’association de Béton qui est fort en Compression et des armatures en Fer qui sont fortes en Traction.

Le béton

Le béton simple est composé :

• de ciment et d’eau qui forment une colle plus ou moins résistante selon le ciment que l’on emploie. On appelle cela un Liant Hydraulique (une colle à l’eau).
• d’agrégats (de cailloux), qui sont collés par le mélange d’eau et de ciment. Attention, ces agrégats doivent être de différentes tailles car il faut imaginer que si l’on ne mélangeait que des galets, de l’eau et du ciment, on obtiendrait des galets recouverts de ciment dont certains seraient collés entre eux sans une réelle force d’adhésion car la surface de collage entre chaque galet serait réduite. C’est pourquoi on emploie certes des gros cailloux mais aussi une gamme de tailles inférieures jusqu’au sable pour que la surface de collage soit maximum.

Le ciment fait sa prise quelques heures après avoir été mélangé avec l'eau. Faire sa prise signifie que la colle commence à coller à ce moment. Lorsqu’on regarde le ciment au microscope à cet instant, il se forme une maille qui lie les agrégats entre eux (On parle de cristallisation du ciment lors de sa prise). Ainsi, le béton durcit et se solidifie.

On considère qu’au bout de 7 jours il atteint environ les trois-quarts de l’objectif de résistance, et que si après 28 jours il n’a pas réussi à atteindre son objectif de résistance, c’est que le béton est de mauvaise qualité. Dans ce cas, il arrive souvent qu’on le détruise.

Enfin, il faut savoir que le dosage des composants du béton est fonction de la résistance que l’on souhaite atteindre et donc de la qualité des matériaux employé. Pour de faibles bétons, on utilise souvent le ciment et les agrégats locaux. Pour des bétons plus résistants, il faut parfois faire venir les composants de loin.

Les caractéristiques attendues par les bétons sont de plus en plus élaborées et techniques et la formulation du béton devient une science en soit (Ils doivent faire l’objet de leçons spécifiques).

L’ordre de grandeur est difficile à appréhender mais il faut savoir qu’un béton très classique à faible coût atteint la résistance à l’écrasement de 25 MégaPascal (MPa) , alors qu’on béton technique et résistant atteint environ 60 MPa. Des bétons d’avenir sont en cours d’élaboration et pourraient atteindre environ 120 MPa.

Les armatures

Les armatures sont des tiges de fer crénelées (dentelée). Cette indentation permet d’améliorer la cohésion entre le béton et la tige de fer car si cette dernière était lisse, le béton en Traction ne pourrait pas se retenir sur les tiges de fer, donc glisserait et finirait par rompre.

Le but étant généralement de cercler les zones de traction du béton (là où il est faible), on plie ces tiges pour épouser les formes du béton. Sur le chantier on obtient parfois un enchevêtrement complexe d’armatures.

Les armatures sont livrées en une gamme de différents diamètres standards car elles sont fabriquées en Forge et qu’on ne peut pas demander à une Forge d’adapter les diamètres à chaque ouvrage. Ces tiges étaient autrefois en Fer, elles sont désormais en Acier, qui est un Fer durcit et plus résistant. La résistance de l’acier est aujourd’hui considérée autour de 500 MPa.

L’emploi du béton armé

Le Béton armé a quelques avantages :

• Il est moins cher que la charpente métallique.
• Il prend la forme que l’on a donné au moule, il n’y a donc quasiment pas de limite pour les architectes.
• Il résiste aux attaques climatiques, résiste bien au feu, absorbe les bruit aigües et n’est pas trop mauvais en termes d’isolation thermique.

Et il a aussi des inconvénients :

• Il est lourd proportionnellement à la charge qu’il peut supporter, et son poids propre est parfois handicapant, surtout lorsque l’on souhaite battre des records de portée ou de hauteur.
• Il faut le fabriquer sur place ou pas très loin et il a un temps de mise en œuvre limitée à quelques heures.

Généralement, le béton armé est employé lorsqu’il serait trop onéreux de combler avec du métal. Le radier d’un bâtiment est par exemple construit en Béton Armé.