Le béton précontraint est un type de béton qui a été stratégiquement préchargé avec des forces de compression pour améliorer sa résistance structurelle et ses performances. Le béton précontraint est l’un des matériaux de construction les plus innovants de ces dernières années et a révolutionné la technologie moderne du bâtiment et de la conception.
Les techniques impliquées dans la création du béton précontraint impliquent l’utilisation de câbles en acier à haute résistance tendus dans le béton. Cette méthode augmente la capacité portante du béton et améliore sa résistance à la fissuration et à la déformation, ce qui en fait une solution polyvalente et populaire dans la construction et la conception modernes.
Qu’est-ce que le béton précontraint ?
La création de béton précontraint consiste à le comprimer, ou à le « précontraindre » pendant la production afin qu'il puisse mieux contrecarrer les forces extérieures lors de sa mise en place. La compression du béton se produit grâce à des câbles en acier que les fabricants placent à l'intérieur ou à côté du béton pour améliorer ses performances. Les fabricants utilisent deux principaux types de câbles en acier : les câbles pré-tendus et les câbles post-tendus.
Avec les câbles précontraints, les torons ou fils d'acier utilisés comme câbles sont sollicités avant la coulée du béton. Les fabricants étirent les tendons entre les ancrages puis leur appliquent une tension. Une fois qu’ils appliquent une force sur les tendons, ils coulent le béton autour d’eux. En séchant, le béton adhère aux tendons. Le béton précontraint est courant pour les éléments préfabriqués en béton tels que les poutres, les murs et les dalles.
Les câbles de précontrainte sont sollicités après le durcissement du béton. Une fois le béton séché, les câbles sont ajoutés dans un conduit à l'intérieur du béton et sont tendus avec des vérins hydrauliques. Les tendons sont ancrés pour maintenir la tension. Les câbles de post-tension sont plus courants pour les structures en béton coulées sur place et offrent une plus grande flexibilité de conception.
Innovations en Béton Précontraint
Les premières techniques de renforcement du béton avec de l'acier ont été utilisées à la fin du 19e et au début du 20e siècle. Certaines des premières conceptions précontraintes sont le fruit du travail de l'ingénieur civil français Eugène Freysinnet, qui a beaucoup fait pour faire progresser les idées de la précontrainte du béton. L’ingénieur belge Gustave Magnel et l’ingénieur allemand Eugen Morsch ont ensuite introduit et développé indépendamment le concept de béton précontraint dans les années 1930.
Le Prestressed Concrete Institute a été fondé aux États-Unis en 1954. Cette organisation a joué un rôle important dans l’avancement des connaissances et des techniques dans l’industrie du béton précontraint. Aujourd’hui, des organisations similaires existent partout dans le monde, au Canada, au Royaume-Uni, en Australie, en Afrique du Sud et en Europe.
Au fil des années, d’importants progrès dans les matériaux et la production ont donné naissance à de nouvelles innovations dans la technologie du béton précontraint. Le développement de câbles en acier à haute résistance et de systèmes d'ancrage améliorés a augmenté la résistance du béton précontraint. La conception assistée par ordinateur et la technologie améliorée ont également amélioré la précision et l'optimisation des structures précontraintes.
Utilisations du béton précontraint
Les applications du béton précontraint sont nombreuses et variées en raison de ses avantages.
Des ponts
Le béton précontraint est populaire dans la construction de ponts en raison de sa capacité à couvrir de longues distances et de son immense résistance. Les ponts précontraints peuvent couvrir de longues distances tout en préservant l'intégrité structurelle et en minimisant le nombre de piliers de support nécessaires.
Bâtiments
Les architectes utilisent largement le béton précontraint dans la conception des immeubles de grande hauteur, en particulier dans les éléments tels que les dalles de plancher, les colonnes et les poutres. La charge portante accrue du béton précontraint permet des portées plus longues et réduit le besoin de support intermédiaire, ce qui représente également une économie de coûts significative. Il est populaire pour les bâtiments résidentiels et commerciaux.
Installations nucléaires et de dynamitage
Les ingénieurs en sont venus à s’appuyer sur la résistance du béton précontraint dans les structures de confinement à haute pression comme les centrales nucléaires et les structures de cuves de soufflage pétrochimiques. Pour ces utilisations, les fabricants créent des composants précontraints spécialisés pour augmenter leur résistance à la fissuration et aux fuites.
Structures de stationnement et trottoir
Les parkings et les trottoirs sont soumis à des contraintes de charge constantes, c'est pourquoi les ingénieurs utilisent régulièrement du béton précontraint pour minimiser les fissures et garantir des performances à long terme. Cette résistance aux fissures permet aux constructeurs de couler des dalles plus grandes qu'avec du béton armé ordinaire. Cela permet un espacement des joints plus large pour réduire les coûts d’assemblage et l’entretien des joints.
Structures liées à l'eau
L'eau exerce une pression et une friction énormes, les applications à l'eau sont donc idéales pour le béton précontraint. Le béton précontraint est couramment utilisé dans les barrages et les structures offshore telles que les plates-formes pétrolières, les parcs éoliens et les infrastructures offshore. Il est essentiel dans ces applications qu'une protection contre la corrosion soit appliquée à tous les câbles en acier exposés pour garantir une durabilité à long terme.
Stades et installations sportives
La longue portée et la capacité de résistance élevée du béton précontraint le rendent idéal pour les arènes, les stades et autres installations sportives. Étant donné que le béton précontraint ne nécessite pas autant de support, les architectes peuvent prévoir plus d'espace ouvert pour une visualisation dégagée et des aménagements ouverts pour une disposition flexible des sièges.
Qualités du béton précontraint
Le béton précontraint possède de nombreuses qualités précieuses qui en font un matériau de construction idéal pour des conceptions particulières, mais il présente également des inconvénients que les constructeurs doivent également prendre en compte lorsqu'ils décident du matériau de construction optimal à utiliser.
Force
Le béton précontraint offre une résistance accrue par rapport aux autres types de béton armé. La précontrainte introduit des forces de compression qui contrecarrent les forces externes, permettant ainsi une construction avec des portées plus longues et des capacités de charge plus élevées.
Durabilité améliorée
La précontrainte de ce type de béton permet de minimiser la fissuration, le flambage et la déformation dus aux charges lourdes. Cela signifie une durabilité et une résistance accrues aux facteurs externes qui pourraient détériorer l’intégrité de sa structure, notamment le retrait, le fluage et la fatigue. Bien entretenu, le béton précontraint a une durée de vie plus longue que les autres bétons.
Efficacité structurelle
La résistance du béton précontraint signifie que les constructeurs peuvent utiliser moins de ce matériau pour accomplir les mêmes tâches que les autres bétons. La résistance du béton précontraint permet également de réduire le support structurel. Cette qualité permet aux constructeurs d'économiser du temps et de l'argent et permet aux architectes une plus grande flexibilité dans leurs conceptions.
Polyvalence de conception
Les architectes et les constructeurs utilisent le béton précontraint dans une large gamme d'applications. Il est suffisamment polyvalent pour que les concepteurs puissent l'utiliser dans la construction de ponts, de bâtiments, de structures de stationnement, d'applications liées à l'eau et d'installations industrielles. Il s’adapte à de nombreux styles de conception et permet des conceptions créatives et innovantes.
Durabilité
La production de béton est indirectement liée à l'accumulation de gaz à effet de serre, car la production de clinker dans le ciment est gourmande en énergie, mais de tous les types de béton, le béton précontraint est l'un des plus durables. Les constructeurs peuvent utiliser moins de ce matériau et sa durabilité signifie qu'ils n'ont pas à reconstruire ces structures aussi souvent qu'avec du béton normal.
Résistance au feu
En général, le béton est un matériau résistant au feu, mais les câbles en acier du béton précontraint peuvent être sensibles au feu si le béton ne les protège pas. Un incendie ou même des températures élevées peuvent affaiblir la précontrainte des câbles, compromettant ainsi leur résistance. Les revêtements ou enceintes ignifuges peuvent contribuer à améliorer les performances de résistance au feu.
Conception et construction complexes
Les conceptions utilisant du béton précontraint sont plus complexes que les autres conceptions en béton. Ce type de béton nécessite des connaissances spécialisées en matière de conception et de construction afin de garantir le placement, la tension et l'ancrage appropriés des tendons.
Protection des tendons
Les câbles en acier sont la clé de la durabilité et de la résistance du béton précontraint. Les entreprises de béton apportent des améliorations constantes à la manière dont elles protègent les câbles en acier, notamment le jointoiement des câbles, le revêtement des câbles, l'encapsulation double couche et la protection des ancrages.
Modification de conception limitée
Les conceptions en béton précontraint sont complexes. Une fois que les tendons ont été tendus et ancrés, il y a peu de possibilités de changement. Toute modification doit être analysée structurellement et réalisée par des ingénieurs qualifiés et des constructeurs hautement qualifiés.
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