Types d'armatures du béton armé : principales, de répartition, en attente

Il existe de nombreux types d'armatures dans le béton armé (on parle aussi de types de ferraillage), et le classement le plus clair se fait par rôle. Les armatures principales reprennent les efforts de traction dans le sens porteur : en partie basse en travée (armatures inférieures) et en partie haute sur appuis et en console (les chapeaux). Perpendiculairement, les armatures de répartition étalent les charges et maintiennent les barres principales en place, tandis que les armatures de retrait gardent fines les fissures dues au retrait et à la température. Les cadres, étriers et épingles reprennent l'effort tranchant. S'y ajoutent les renforts, le frettage, les armatures de poinçonnement, les armatures de peau et les armatures en attente, chacun réglant un problème local.

Au-delà du rôle, les armatures diffèrent par leur forme : barres, treillis soudés, cages et cadres. Ce classement par forme est présenté dans l'article armature traditionnelle ou fibres. Ici, nous passons en revue les rôles, nous expliquons ce que fait le métal déployé nervuré à une reprise de bétonnage et pourquoi l'armature de joint relève de la maçonnerie, et nous indiquons pour chaque type si une armature en fibres peut le remplacer. Dutch Fiber Trading fournit des fibres pour béton ; quand la réponse est non, nous le disons aussi.

Les types d'armatures du béton armé : tableau par rôle

Le tableau ci-dessous met côte à côte tous les types d'armatures du béton armé : leur fonction, l'endroit où on les rencontre sur un plan de ferraillage ou sur chantier, et la possibilité ou non de confier cette tâche aux fibres. Les armatures nécessaires dans un ouvrage sont fixées par le bureau d'études structure (en Belgique, l'ingénieur en stabilité) selon l'Eurocode 2, c'est-à-dire la NF EN 1992-1-1 et son annexe nationale en France, la NBN EN 1992-1-1 et son ANB en Belgique. La suite de l'article détaille chaque ligne.

Les barres en matériau composite (PRF de verre, de carbone ou de basalte) peuvent assurer une partie de ces fonctions, avec leurs propres règles de calcul, et sortent du cadre de ce panorama ; voir armatures en fibre de carbone, de verre et de basalte.

Armatures principales : armatures inférieures et chapeaux

Les armatures principales, ou armatures longitudinales, reprennent les efforts dans les zones tendues du béton. Elles suivent le sens porteur : le béton résiste très bien à la compression mais mal à la traction, si bien que les barres principales sont placées exactement là où le béton est tendu. Elles forment aussi l'ossature à laquelle on fixe les armatures de répartition, les aciers de montage et les renforts. Leur position, en partie basse, en partie haute ou des deux côtés, dépend de la manière dont l'élément fléchit.

Armatures inférieures en travée

Dans une poutre ou un plancher posé sur deux appuis, le milieu fléchit et la traction se trouve en partie basse. C'est là que se placent les armatures inférieures, sur des cales d'enrobage pour garantir un enrobage suffisant sous l'acier. C'est l'image classique du béton armé.

Pour un dallage sur terre-plein, la situation est différente. Le sol supporte le dallage sur toute sa surface, et un treillis soudé y joue surtout un rôle de maîtrise de la fissuration. Le treillis n'est donc pas forcément en partie basse : selon la conception, il se trouve souvent à mi-épaisseur ou dans la moitié supérieure de la section.

Chapeaux sur appuis et armatures supérieures en console

Au-dessus d'un appui intermédiaire d'une poutre ou d'une dalle continue, le moment fléchissant s'inverse : la traction passe en partie haute et l'on place des armatures supérieures, appelées chapeaux. Même chose dans une console, comme un balcon ou un auvent, où la traction en face supérieure se prolonge au-delà de l'appui. Les radiers épais et les dallages fortement chargés reçoivent souvent deux nappes, une inférieure et une supérieure, afin que les deux faces soient armées.

Les fibres peuvent-elles remplacer les armatures principales ?

En dallage sur terre-plein et en voirie, souvent oui. Le sol y reprend les charges, et des macrofibres structurelles comme TwistR (dosage 2,0 à 6,0 kg/m³) ou des fibres d'acier comme la MPWG HT+ 50/0.90 (10 à 35 kg/m³ selon calcul) remplacent fréquemment le treillis en totalité. Ce que cela donne dans un dallage industriel est expliqué dans l'article sur le dallage industriel en béton fibré.

Dans les poutres, les poteaux et les planchers portés, les armatures principales restent en acier. Un tel élément tire sa capacité portante de ses armatures, et un plancher d'étage est armé ou précontraint selon calcul. Entre les deux se situe l'armature hybride : moins de barres et des fibres, voir plus bas.

Armatures de répartition et armatures de retrait

Les armatures de répartition et de retrait sont posées perpendiculairement ou parallèlement aux armatures principales et ne portent pas grand-chose elles-mêmes. Leur rôle est de répartir et de maîtriser la fissuration. C'est précisément pour ces deux types que les fibres prennent le plus souvent le relais.

Qu'est-ce qu'une armature de répartition ?

L'armature de répartition est composée de barres posées perpendiculairement aux armatures principales. Elle étale une charge, ponctuelle ou non, sur plusieurs barres principales, pour qu'une seule barre ne reprenne pas tout, et elle maintient les barres principales en place pendant le coulage. On la rencontre surtout dans les dalles et planchers portant dans un seul sens. Pour ces dalles, l'Eurocode 2 (EN 1992-1-1, article 9.3.1.1) impose un minimum d'armatures transversales secondaires : au moins 20 % des armatures principales.

Dans un treillis soudé, les deux directions sont présentes à la fois : l'une sert d'armature principale, l'autre d'armature de répartition. Formats, recouvrements et poids des treillis soudés sont détaillés dans le guide consacré aux treillis soudés.

Armatures de retrait : maîtriser la fissuration due au retrait et à la température

Les armatures de retrait n'empêchent pas le retrait. Le béton se rétracte de toute façon ; l'armature fait en sorte que ce retrait ne se traduise pas par quelques fissures larges, mais par de nombreuses fissures fines, à peine visibles. Dans l'Eurocode 2, cela relève des sections minimales d'armatures pour la maîtrise de la fissuration (article 7.3.2). Sur chantier, il s'agit le plus souvent d'un treillis léger dans une chape, un dallage, une voirie ou un voile.

Il existe deux formes de retrait, chacune avec sa parade. Le retrait plastique intervient dans les premières heures, quand la surface du béton frais perd son eau ; voir l'article sur les fissures de retrait plastique. Le retrait de dessiccation suit dans les semaines et les mois qui viennent.

C'est ici que les fibres trouvent naturellement leur place. Une microfibre polypropylène comme Promicro (12 mm, 0,6 à 1,0 kg/m³, classe 1a selon l'EN 14889-2) limite les fissures de retrait plastique dans les premières heures, une phase où un treillis anti-retrait n'agit pratiquement pas encore. Pour la maîtrise de la fissuration ensuite, et pour remplacer le treillis en dallage et en voirie, on choisit des macrofibres structurelles comme TwistR ou des fibres d'acier. Microfibre et treillis anti-retrait ne se remplacent donc pas l'un l'autre : la microfibre agit dans les premières heures, le treillis ou la macrofibre dans les mois qui suivent. Une microfibre n'est pas non plus une armature structurelle.

Cadres, étriers et épingles : les armatures d'effort tranchant

Les cadres, étriers et épingles sont des barres façonnées qui entourent les armatures longitudinales des poutres, poteaux et semelles. Ces armatures transversales reprennent l'effort tranchant et, si nécessaire, la torsion ; dans les poteaux, elles empêchent aussi le flambement des barres longitudinales comprimées, et partout elles tiennent la cage pendant le coulage. Les formes de cadres et d'étriers sont présentées dans l'article armature traditionnelle ou fibres.

Les fibres peuvent-elles remplacer les cadres ? Le Model Code 2010 de la fib donne des règles de calcul pour la résistance à l'effort tranchant du béton fibré sans armatures transversales, et certains éléments préfabriqués en béton de fibres métalliques sont conçus ainsi. Dans les ouvrages courants, les fibres ne remplacent toutefois pas les cadres sans calcul du bureau d'études.

Armatures locales : renforts, frettage, poinçonnement et armatures de peau

Ces quatre types ne se trouvent pas partout, seulement là où un ouvrage doit reprendre localement un effort supplémentaire. C'est pourquoi ils figurent comme repères distincts sur le plan de ferraillage du bureau d'études.

Renforts : armatures supplémentaires autour des trémies et aux angles

Les renforts sont des barres supplémentaires et locales, ajoutées aux armatures principales et de répartition aux endroits soumis à une sollicitation plus forte ou particulière. Les charges courantes passent par les armatures principales et de répartition ; les renforts reprennent les exceptions. Emplacements typiques : le pourtour des trémies, les angles rentrants (avec des barres en diagonale), la zone sous une charge ponctuelle, par exemple un poteau posé sur un plancher d'étage, et les joints entre prédalles, où des armatures de couture assurent la continuité.

Dans un dallage fibré aussi, quelques barres restent souvent en place aux angles rentrants et autour des trémies. C'est un petit exemple concret d'armature hybride : les fibres travaillent dans la surface, les barres dans l'angle où les contraintes se concentrent.

Frettage : les armatures d'éclatement

Sous un effort de compression concentré, la force se diffuse dans le béton, et perpendiculairement à cette diffusion naissent des contraintes de traction qui peuvent faire éclater le béton. Cela concerne les appuis des poutres préfabriquées, les zones situées sous les plaques d'ancrage de précontrainte et l'ancrage des barres de gros diamètre. Le frettage, souvent sous forme de cadres ou de petits treillis placés juste sous la charge, reprend cet effort d'éclatement. L'Eurocode 2 traite ce point avec les surfaces partiellement chargées et les zones d'ancrage de la précontrainte.

Les fibres d'acier limitent la fissuration d'éclatement, et c'est l'une des raisons de leur emploi dans les éléments préfabriqués et les voussoirs de tunnel. Une fibre d'acier tréfilée à crochets comme la MPZG HT 35/0.55 est un exemple de fibre destinée à la préfabrication et aux fondations. Savoir si les fibres peuvent remplacer le frettage dans un élément donné ne peut résulter que d'un calcul.

Armatures de poinçonnement

Un poteau qui porte un plancher-dalle ou un radier peut le traverser comme un emporte-pièce : c'est le poinçonnement. Des armatures de poinçonnement autour du poteau, sous forme de cadres, de barres relevées ou de rails de goujons préfabriqués, augmentent cette résistance. Les autres solutions sont une dalle plus épaisse ou un épaississement local (chapiteau). Le bureau d'études vérifie le poinçonnement selon l'Eurocode 2, article 6.4. Les fibres ne sont pas une solution de remplacement.

Armatures de peau

Les armatures de peau sont des barres longitudinales réparties sur la hauteur des faces latérales des poutres de grande hauteur. Si les armatures principales se trouvent toutes en partie basse, des fissures larges peuvent apparaître plus haut sur les flancs ; les armatures de peau les gardent fines. L'Eurocode 2 (article 7.3.3) demande ces armatures pour les poutres d'une hauteur totale d'au moins 1 mètre dont les armatures principales sont concentrées sur une faible partie de la hauteur. Les fibres peuvent au mieux compléter la maîtrise de la fissuration, pas remplacer ces armatures.

Armatures en attente : relier les phases de coulage et les éléments

Les armatures en attente, ou aciers de liaison, relient deux parties qui ne sont pas coulées en une fois ou fabriquées en un seul élément. Ce sont les attentes qui sortent d'une semelle ou d'une dalle pour le voile ou le poteau du dessus, les armatures de liaison entre éléments de plancher préfabriqués et les barres qui traversent une reprise de bétonnage. Elles se recouvrent avec les armatures de la partie suivante sur une longueur de recouvrement calculée. Pour les semelles et fondations filantes, voir le béton fibré pour fondations.

Sur chantier, les attentes sortent soit directement du coffrage, soit d'une boîte d'attentes : les barres y sont pliées dans un boîtier fixé contre le coffrage, puis redressées après décoffrage. Dans les planchers préfabriqués (prédalles, dalles alvéolées), les chaînages et les armatures de liaison relient les éléments entre eux et aux appuis selon les règles du bureau d'études et du fabricant. Pour un raccord sur un béton existant, on fore et on scelle les attentes après coup par scellement chimique.

Les fibres peuvent-elles remplacer les armatures en attente ? Non. Les fibres n'agissent qu'à l'intérieur d'un même coulage et ne franchissent ni une reprise de bétonnage ni un joint entre éléments. La liaison reste en acier, y compris dans un dallage fibré : un joint de construction y reçoit des goujons ou des barres de liaison.

Métal déployé nervuré à une reprise de bétonnage

Le métal déployé nervuré (ou grillage nervuré) est une fine tôle d'acier découpée en petites mailles en losange et raidie par des nervures embouties. À une reprise de bétonnage, on le pose comme coffrage perdu servant d'arrêt de bétonnage. Il retient le béton frais, laisse passer les armatures en attente et reste dans l'ouvrage. La surface rugueuse qu'il laisse assure une bonne adhérence avec le coulage suivant, et dispense en général de repiquer le joint de reprise. On le rencontre surtout aux reprises verticales dans les fondations, les voiles et les dallages.

Le métal déployé nervuré n'est pas une armature : il n'apporte rien à la résistance. Pour un dallage fibré avec une reprise de bétonnage, la règle vue plus haut s'applique : les fibres s'arrêtent au joint, qui reçoit donc des goujons ou des barres de liaison. L'emplacement des reprises se fixe dès le phasage des coulages, voir couler du béton fibré.

Armature de joint en maçonnerie : pas une armature du béton

L'armature de joint relève de la maçonnerie, pas du béton armé. Il s'agit d'une armature préfabriquée, en échelle ou en treillis, noyée dans le joint horizontal de mortier, par exemple au-dessus des linteaux ou pour limiter la fissuration des murs. Sa norme de produit est l'EN 845-3 et le calcul de la maçonnerie armée suit l'Eurocode 6 (EN 1996-1-1). Les fibres n'y jouent aucun rôle. Les barres qui franchissent un joint dans un dallage en béton s'appellent des goujons.

Quelles armatures les fibres peuvent-elles remplacer ?

En résumé, les armatures se répartissent en trois groupes :

• Souvent en totalité : armatures de répartition et de retrait, et le treillis des dallages sur terre-plein, des voiries, des chapes et de nombreux éléments préfabriqués. C'est là que le gain en temps et en ferraillage est le plus grand ; voir béton fibré ou treillis soudé.

• En partie, en armature hybride : moins de barres, plus des fibres. Par exemple les renforts qui restent aux angles et autour des trémies, ou un mur de soutènement avec des barres pour les moments principaux et des fibres pour la maîtrise de la fissuration. Plus d'informations sur l'armature hybride.

• Pas sans bureau d'études : armatures principales des poutres, poteaux et planchers portés, cadres et étriers, armatures de poinçonnement, armatures de peau et armatures en attente.

Les fibres sont prises en compte dans le calcul par leur résistance résiduelle après fissuration, mesurée selon l'EN 14651 ; le principe est expliqué dans l'article comment fonctionne le renforcement par fibres. Deux projets montrent ce que cela donne en pratique. Sur la NDSM Werf à Amsterdam, la fondation des bacs à arbres et à fleurs a été entièrement dimensionnée avec TwistR : l'armature acier a disparu et 1 500 kg d'acier ont été économisés. Pour un sol de serre sans armature acier à Breezand, le béton fibré a permis une économie de 29 % par rapport à l'acier.

La fibre adaptée dépend de la tâche. TwistR (macrofibre structurelle en polypropylène, 48 mm) remplace le treillis dans les dallages, les voiries et la préfabrication. La MPWG HT+ 50/0.90 vise les dallages fortement chargés, les fondations et la préfabrication ; la MPZG HT 35/0.55 la préfabrication, les fondations et le béton projeté. Promicro limite le retrait plastique et n'est pas une armature structurelle. Pour une première orientation, utilisez l'outil d'aide au choix ; la quantité par m³ se calcule avec le calculateur.

Faire examiner votre plan de ferraillage

Vous avez un plan de ferraillage ou un cahier des charges ? Joignez-le à votre demande de devis. Nous regardons quelles positions peuvent être supprimées grâce aux fibres ; il s'agit le plus souvent des armatures de répartition et de retrait, ou du treillis d'un dallage ou d'une voirie. Indiquez l'application, les dimensions et l'épaisseur, les charges et le support, et précisez si un bureau d'études est impliqué : c'est lui qui décide de la conception des armatures. Vous préférez en discuter d'abord ? Contactez-nous.