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Comment faire les poutres en béton armé : types et méthodes de conception

Les poutres en béton armé sont des éléments structuraux horizontaux composés d’un mélange de béton et d’acier. Découvrez comment les concevoir

Les poutres en béton armé sont des éléments structuraux d’une importance fondamentale dans le domaine de la construction moderne. Elles se distinguent par leur capacité à résister aux sollicitations de traction, grâce à l’utilisation d’une armature en acier incorporée dans le béton.

Dans cet article, nous explorerons les différentes typologies de poutres en béton armé utilisées dans l’industrie de la construction. Nous analyserons les caractéristiques de chacune d’entre elles, en examinant les applications spécifiques dans divers contextes structurels.

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Explorons maintenant tous les avantages des poutres en béton armé et comprenons comment ces éléments structuraux peuvent contribuer à la résistance, à la sécurité et à la stabilité des constructions.

Les poutres en béton armé

Les poutres en béton armé sont des éléments structuraux utilisés dans la construction de bâtiments et d’infrastructures. Elles constituent, en particulier, les composants horizontaux des structures portantes «à ossature» réalisées en utilisant du béton armé.

Ce type de matériau provient de la combinaison du béton, qui offre une résistance à la compression, avec l’acier qui offre, quant à lui, une haute résistance à la traction. L’utilisation du béton armé permet de profiter des propriétés complémentaires des deux matériaux, et de créer des structures très résistantes, capables de supporter à la fois les efforts de traction et de compression.

Dans le contexte de la construction, il existe différentes typologies de poutres en béton armé, chacune conçue pour répondre à des besoins spécifiques. Nous explorerons maintenant ensemble quelques-unes des typologies les plus courantes, dans le but de mettre en évidence leurs caractéristiques distinctives.

poutres en béton armé

Poutres en béton armé

Typologies de poutres en béton armé

La polyvalence du béton armé permet la réalisation de poutres dans diverses formes, typologies et dimensions, adaptables aux besoins spécifiques de conception. Une première classification de ces éléments peut être effectuée en fonction des modes constructifs, en distinguant entre : 

  1. poutres en béton armé ordinaire : réalisées par coulage de béton dans des coffrages appropriés, prévus pour donner à la poutre la forme désirée, et à l’intérieur desquels est préalablement positionnée l’armature métallique. Cette dernière est constituée de barres en acier à adhérence améliorée ayant pour but de garantir une adhérence maximale entre les deux matériaux (béton et acier), évitant tout phénomène de décollement. Les poutres en béton armé ordinaire sont largement utilisées dans différents contextes structurels, tels que les bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels. Elles conviennent aux planchers, aux toitures, aux poutres de support et aux poutres de rive. Leur polyvalence et leur facilité de réalisation en font un choix courant dans la plupart des applications de construction;
  2. poutres en béton armé précontraint : diffèrent des poutres ordinaires par le fait que l’armature est tendue avant le coulage du béton. Ce processus permet d’améliorer davantage la résistance de la poutre, car la tension préexistante contraste les sollicitations de traction pendant la charge d’utilisation. Les poutres précontraintes peuvent donc supporter des charges plus élevées que les poutres en béton armé ordinaire. La précontrainte permet de réduire la section transversale de la poutre, d’optimiser l’efficacité structurelle et d’ouvrir la possibilité de créer des portées plus grandes sans la nécessité de supports intermédiaires. Les poutres en béton armé précontraint sont couramment utilisées dans de grandes structures telles que des ponts, des viaducs, des bâtiments industriels, etc. Elles sont idéales pour les projets nécessitant une capacité de charge plus importante et une réduction des déformations.

Une autre subdivision des poutres en béton armé concerne les conditions de liaison. Cette classification tient compte des façons dont les extrémités des poutres sont liées ou supportées. Voici quelques-unes des principales catégories : 

  1. poutres simplement appuyées : dans ce type de poutre, les extrémités reposent sur des supports latéraux permettant la rotation. Il s’agit d’un type de liaison qui simplifie l’analyse structurale, car la poutre peut se déplacer librement sans transmettre de moments fléchissant aux appuis. Cette configuration est souvent utilisée lorsqu’une répartition uniforme de la charge le long de la poutre est souhaitée, garantissant en même temps une solution structurelle relativement simple ;
  2. poutres encastrées : soumises à des liaisons rigides aux extrémités, empêchant à la fois la translation et la rotation. Ce type de poutre est utilisé dans des situations nécessitant de résister à des charges et sollicitations particulièrement élevées, comme dans les fondations ou les structures sismiques ;
  3. poutres continues : les poutres continues sont supportées par plusieurs points intermédiaires, tels que des colonnes ou des piliers. Ces points intermédiaires permettent une répartition plus uniforme des charges le long de la poutre. Les poutres continues sont utilisées pour couvrir des portées plus importantes et réduire la déformation de la poutre ;
  4. poutres en porte-à-faux : se caractérisent par une extrémité dépassant le point d’appui. Cette configuration permet de créer de grands espaces ouverts sans nécessité de supports intermédiaires. Les poutres en porte-à-faux sont courantes dans les façades des bâtiments ou dans les structures suspendues telles que les ponts.

Sur le plan géométrique, il est possible d’effectuer une autre classification des poutres en béton armé, en les distinguant par leurs caractéristiques formelles : 

  1. poutres à section rectangulaire : les formes les plus courantes de poutres en béton armé. Elles présentent une section transversale rectangulaire, avec une largeur généralement inférieure à la hauteur. Cette forme est simple à réaliser et offre une bonne résistance à la flexion;
  2. poutres en T : ont une section transversale rappelant la lettre «T». Elles sont constituées d’une partie centrale appelée «âme» et de deux parties latérales situées à l’extrémité supérieure de la poutre, appelées «ailes». Les poutres en T sont souvent utilisées dans des situations nécessitant une plus grande résistance à l’action de cisaillement;
  3. poutres en double T : similaires aux poutres en T, mais avec des ailes à la fois à l’extrémité supérieure et inférieure de l’âme. Cette configuration offre une plus grande résistance à la flexion et à la torsion par rapport aux poutres rectangulaires ou en T. Les poutres en double T sont couramment utilisées dans les ponts et les structures de grande envergure ;
  4. poutres à section composite : constituées de deux ou plusieurs matériaux différents combinés pour exploiter les caractéristiques avantageuses de chaque matériau. Par exemple, une poutre peut être constituée de pièces en acier de construction et de pièces en béton armé, reliées entre elles par un système d’assemblage spécial. Ce type de poutre offre une plus grande résistance et rigidité par rapport aux poutres en béton armé traditionnelles ;
  5. poutres à section variable : ont une section transversale qui varie le long de leur longueur. Cela peut être fait pour s’adapter aux différentes sollicitations et exigences structurelles le long de la poutre. Les poutres à section variable sont souvent utilisées dans des structures complexes ou dans des situations nécessitant une distribution non uniforme des charges.

Le choix du type de poutre à adopter dépend des exigences structurelles et fonctionnelles du projet. Il est important de prendre soigneusement en compte les caractéristiques de la charge, la distribution des sollicitations et les déformations prévues, afin de déterminer la configuration la plus appropriée pour obtenir une structure stable et sûre. Un ingénieur en génie civil examinera attentivement ces variables pour identifier le type de poutre le plus adapté au contexte spécifique.

Classification des poutres en béton armé

Classification des poutres en béton armé

Comment concevoir les poutres en béton armé

La conception et la vérification des poutres en béton armé nécessitent une série d’étapes et d’évaluations suivant les principes du génie civil.

Voici les aspects fondamentaux que vous devrez prendre en compte lors de la conception : 

  • analyse structurelle : réalisez une analyse structurelle du bâtiment pour déterminer les actions (charges) agissant sur les poutres ;
  • analyse des sollicitations : déterminez les sollicitations internes agissant sur la poutre. Cette analyse peut être réalisée à l’aide de méthodes analytiques ou de logiciels de calcul structurel ;
  • vérification de la résistance : comparez les sollicitations internes aux capacités de résistance du béton et de l’acier. Assurez-vous de respecter les exigences en termes de résistance, de ductilité et de stabilité définies par la réglementation ;
  • dimensionnement des sections transversales : déterminez les dimensions des sections transversales des poutres en fonction des sollicitations calculées et des exigences de résistance. Prenez également en compte les aspects de durabilité, en évaluant l’épaisseur minimale du béton de recouvrement pour protéger l’armature des agents agressifs ;
  • calcul de l’armature : concevez l’armature nécessaire pour résister aux sollicitations de flexion, de traction, de torsion et de cisaillement. Calculez la quantité d’armature requise, la disposition des barres et l’épaisseur du béton de recouvrement. Assurez-vous de respecter les exigences de distance minimale entre les barres et les conditions d’ancrage ;
  • définition des détails constructifs : déterminez les détails constructifs des poutres, tels que les connexions entre les barres d’armature, les nœuds avec les piliers, etc. Assurez-vous que les détails satisfont aux exigences de résistance, de durabilité et de facilité de construction ;
  • vérification de la déformabilité : vérifiez la déformabilité de la poutre, en contrôlant les fissures et la déformation élastique ;
  • vérification de la stabilité : évaluez la stabilité globale de la poutre, en tenant compte des effets d’instabilité tels que le flambement latéral ou l’effondrement. Assurez-vous que la poutre est correctement ancrée et que les conditions d’instabilité sont prévenues ou corrigées.

Le processus de conception et de vérification des poutres en béton armé peut être considérablement simplifié, accéléré et rendu plus fiable grâce à un logiciel de calcul structurel spécifique pour les structures en béton armé. Essayez dès maintenant cette solution innovante pour le calcul structurel des bâtiments en béton armé et découvrez les nombreux avantages qu’elle peut vous offrir.

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