Version imprimable - Association Technique de la Sidérurgie

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Les aciers de précontrainte
Qu’est-ce que la précontrainte du béton ?
Du fait que le béton résiste mal à la traction, le principe de la précontrainte consiste à le soumettre à une compression
quand il n’est pas sollicité de façon telle que sous les effets des charges de service, il demeure comprimé.
.La précontrainte est mise en œuvre selon deux techniques bien distinctes dénommées respectivement :
- Précontrainte par pré-tension : cette technique est utilisée principalement pour la préfabrication d’éléments
précontraints destinés au bâtiment. Pour ces applications, elle consiste à tendre, sur un banc de mise en
tension un acier de précontrainte qui passe dans le coffrage de l’élément à confectionner et où le béton frais est
coulé. Une fois que le béton a atteint une résistance suffisante, obtenue généralement par étuvage du béton,
l’acier de précontrainte est relâché et la force de précontrainte transmise à l’élément par adhérence ;
- Précontrainte par post-tension : cette technique est utilisée principalement en génie civil (ponts, centrales
nucléaires par exemple) mais également dans le bâtiment (par exemple dalles). Elle consiste à tendre des
câbles de précontrainte préalablement enfilés dans des conduits ou gaines insérés dans la structure, lorsque le
béton a atteint la résistance appropriée, et d’ancrer ces câbles au moyen de dispositifs d’ancrage spécifiques à
chaque procédé ou kit de précontrainte.
Qu’est-ce qu’un acier de précontrainte ?
Les aciers de précontrainte sont des aciers à haute résistance, à teneur élevée en carbone (comprise en général entre
0,65 % et 0,85%).
Ils se présentent sous la forme :
- de fils de diamètre 2,5 mm à 12,2 mm lisses ou crantés (ces derniers étant utilisés en précontrainte par prétension) – les diamètres de fils crantés couramment utilisés en France se situant entre 4 et 8 mm,
- de torons à 2, 3 ou 7 fils1 (les torons sont des produits constitués de fils enroulés les uns autour des autres) de
diamètre 4,8 à 18 mm – en France, on utilise couramment les torons 3 fils de diamètre 5,2 mm et les torons
7 fils de diamètre 6,85 mm à 15,7 mm,
- ou de barres lisses ou à reliefs formant filetage de diamètres 15 mm à 75 mm.
Ces aciers de précontrainte sont élaborés selon deux processus de fabrication complètement différents.
- La fabrication des fils et des torons fait appel à la technique de tréfilage de fil machine avec une forte réduction
de section obtenu par une série de passes successives.
Les fils ainsi obtenus peuvent être ensuite crantés au moyen de galets généralement disposés à 120° (générant
donc 3 séries d’empreintes) ou utilisés comme demi-produit pour la fabrication de torons au moyen de
toronneuses sur lesquelles sont chargées 3 ou 7 bobines de fils. Dans le cas des torons 7 fils, le fil central
dénommé âme est de diamètre légèrement supérieur au diamètre des fils périphériques qui sont enroulés en
hélice autour du fil central.
La plupart des fils et torons font l’objet d’un traitement thermomécanique ultérieur dit de stabilisation qui leur
confère des caractéristiques de relaxation appropriées (voir ci-après).
Les torons peuvent être livrés avec un revêtement de zinc ou d'alliage zinc-aluminium, ou sous forme de torons
protégés gainés, le produit de protection étant généralement une graisse ou une cire et la gaine étant en
polyéthylène haute densité (PEHD).
- La fabrication des barres commence généralement par un laminage à chaud de billettes pour obtenir l’ébauche
de la barre ; ces ébauches font ensuite l’objet d’un traitement thermique, mécanique (étirage) ou
thermomécanique pour leur conférer leurs caractéristiques définitives ; certaines barres peuvent être également
reprises pour former par roulage un filetage sur tout ou partie de leur longueur.
La fabrication de fils trempés et revenus est tombée en désuétude.
Existe-t-il une classification de ces aciers ?
La classification des aciers de précontrainte est généralement fondée sur la forme des produits (fils, torons, barres) et
la résistance à la traction des produits, exprimée en mégapascals (MPa).
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Certains torons à 7 fils peuvent être compactés.
6, rue André Campra 93212 La Plaine Saint- Denis Cedex
Fiche 19 - Janvier 2016
Les indications figurant dans ce document sont fournies à titre informatif sans aucune garantie de la FFA ; leur usage ne peut engager
sa responsabilité en aucune façon. Seule la norme AFNOR dans son édition la plus récente fait foi.
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Les aciers de précontrainte
Quels sont les principales caractéristiques recherchées ?
Les principales caractéristiques recherchées pour les aciers de précontrainte sont :
- Les caractéristiques géométriques : diamètres nominaux, sections nominales, masse linéique nominale
(calculée avec une masse volumique prise égale à 7,81 kg/dm 3) et rectitude, vérifiés suivant la norme
NF EN ISO 15630-3.
- Les caractéristiques mécaniques en traction :
- La force à la limite conventionnelle d’élasticité à 0,1% (Fp0,1)2 ;
- La force maximale (Fm)2 ;
- L’allongement total % à la force maximale (Agt)2 ;
- Le coefficient de striction (Z) (ou l’assurance d’une rupture ductile visible à l’œil nu) ;
- Le module d’élasticité (il est conventionnellement égal à 205 GPa pour les fils et barres et à 195 GPa
pour les torons).
- Le comportement en relaxation qui correspond à la perte de force observée à allongement maintenu constant.
Il est caractérisé par les essais décrits par la norme NF EN ISO 15630-3. Les spécifications retiennent la perte
maximale par relaxation à 1000 h pour une force appliquée égale à 70 % ou 80 % de la force maximale
effective de l’acier (Fme) lors d’un essai effectué à une température nominale de 20 °C.
- La résistance à la fatigue sous force axiale exprimée par une courbe de Wöhler (courbe SN) ou un diagramme
de type Goodman-Smith. Les spécifications des produits retiennent pour les essais des conditions
correspondant à un point de la courbe SN.
- La résistance à la corrosion sous contrainte. Ce phénomène se traduit par une fissuration sous contrainte
due à la fragilisation par l’hydrogène. Le comportement peut être évalué par un essai de corrosion au
thiocyanate d’ammonium décrit dans la norme NF EN ISO 15630-3 ou un essai de corrosion à l’eau distillée
décrit dans la norme NF A 05-302.
- La résistance à la traction déviée qui est une caractéristique destinée à évaluer le comportement d’un acier de
précontrainte (torons de diamètre nominal ≥ 12,5 mm utilisés en précontrainte par post-tension) soumis à des
contraintes multiaxiales comme celles engendrées au niveau d’une déviation ou des ancrages. Elle est
caractérisée par un essai (voir NF EN ISO 15630-3) et s’exprime sous la forme d’un coefficient de traction
déviée correspondant à la réduction de force constatée lors de l’essai.
- L’aptitude au pliage alterné uniquement déterminée pour les fils. Elle caractérise la ductilité des produits. Elle
est caractérisée par un essai (voir les normes NF EN ISO 15630-3 et ISO 7801).
- L’adhérence au béton qui est en relation avec les caractéristiques de forme (pour les torons) ou de surface (fils
crantés ou barres à reliefs). Elle dépend du pas de toronnage dans le cas des torons ou des caractéristiques
géométriques des reliefs (hauteur ou profondeur, espacement) dans le cas des fils crantés ou barres à reliefs.
Quels sont les secteurs utilisateurs ?
Les aciers de précontrainte sont utilisés dans le domaine de la construction et principalement pour :
- Les tabliers et les haubans de ponts ;
- Les hourdis, poutrelles et planchers précontraints pour les bâtiments ;
- Les enceintes de confinement pour centrales nucléaires ;
- Les ouvrages maritimes et les plates-formes pétrolières en béton ;
- Les poteaux support des lampadaires de l’éclairage public ;
- Les réservoirs contenant du gaz naturel liquéfié (LNG) ;
- Les châteaux d’eau, tunnels, tirants d’ancrage ;
- Les traverses de chemin de fer.
Spécifiée sous forme d’une valeur caractéristique, valeur ayant une probabilité prescrite de ne pas être
atteinte au cours d’une série d’essais hypothétiquement illimitée.
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Les aciers de précontrainte
Quels sont les producteurs français ?
Le groupe ArcelorMittal avec l’entité ArcelorMittal Wire solutions
La société GTM France
Pour aller plus loin
Pour approfondir le sujet, vous pouvez consulter :
- Les dossiers des Techniques de l'ingénieur ;
- Les documents de l’ Association Eugène Freyssinet ;
- Les Eurocodes notamment les Eurocodes 2 et 8 (séries des normes NF EN 1992 et NF EN 1998), ainsi que les
projets de normes européennes prEN 10138-parties 1 à 4 et prEN 10337 et en France, les normes
XP A 35-045-parties 1 à 4, XP A 35-037 (partie 1 à 3) et NF A 35-035. On peut compléter cette approche avec
les normes NF EN ISO 15630-3, NF A 05-302 et NF P 18-201 = DTU 21 (en cours de révision) ;
- Le Livre "Propriétés des bétons armés et précontraints" sous la direction de Roger Lacroix et Jean-Luc
Clément, Ed. Hermes - Lavoisier, Paris 2002.
- Le Livre "Comportement structural des bétons armés et précontraints" sous la direction de Roger Lacroix et
Jean-Luc Clément, Ed. Hermes - Lavoisier, Paris 2002.
- Le Livre « La pérennité du béton précontraint » sous la direction de Bruno Godart, Ed. Presses des Ponts, Paris
2014.
- Le site de l’ASQPE, (l’Association pour la Qualification de la Précontrainte et des Équipements des Ouvrages
de Bâtiment et de Génie Civil) où vous trouverez la liste des producteurs certifiés.
- Le site de la FFDM (Fédération Française de distribution des métaux) qui inclut le STA (Syndicat du Tréfilage
de l’Acier).
- Le site de la FIB (Fédération internationale du Béton) et notamment son Model Code for Concrete Structures
(MC2010)
- Le PCI (Precast/Prestressed Concrete Institute).
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