Dans le domaine du génie civil et du dimensionnement des structures en béton armé, les poutres dites de « grande hauteur » (généralement lorsque la hauteur totale H dépasse 70 cm ou 80 cm selon les réglementations) nécessitent une attention toute particulière. En raison de leur géométrie élancée verticalement, ces éléments subissent des phénomènes de fissuration préjudiciable ou très préjudiciable le long de leurs parements latéraux, causés par le retrait, les variations thermiques et la distribution des contraintes de traction.
Cet article technique détaille pas à pas la méthodologie, les hypothèses de calcul et les exigences réglementaires (BAEL 91 et Eurocodes) pour réussir le dimensionnement des armatures de peau.
1. Qu'est-ce qu'une armature de peau et pourquoi est-elle indispensable ?
Les armatures de peau (ou armatures longitudinales de flanc) sont des barres d'acier disposées horizontalement sur les parements latéraux des poutres de grande hauteur, à l'intérieur des cadres
Leurs rôles principaux sont les suivants :
- Limitation de l'ouverture des fissures : Le béton tendu sur les faces latérales a tendance à fissurer sous l'effet conjugué du retrait et des contraintes de flexion. Les aciers de peau répartissent ces fissures en une multitude de microfissures invisibles et inoffensives.
- Amélioration de la durabilité : En évitant l'ouverture de larges fissures, on protège les aciers principaux situés au cœur de la poutre contre les agents agressifs (humidité, chlorures, carbonatation).
- Reprise des efforts transversaux parasites : Elles participent modestement à la résistance globale de la poutre en contribuant à la rigidité de torsion et de flexion déviée.
2. Réglementation et seuils d'application (H > 70 cm)
Selon les règles techniques de conception en vigueur :
| Référentiel Normatif | Seuil de Hauteur (H) | Exigence Réglementaire |
|---|---|---|
| BAEL 91 (mod. 99) | $H > 70$ cm | Mise en place obligatoire d'armatures longitudinales de peau le long des parements. |
| Eurocode 2 (NF EN 1992-1-1) | $H > 100$ cm (ou selon classes d'exposition) | Contrôle strict de la fissuration par l'ajout d'armatures de peau réparties. |
3. Méthodologie et formules de calcul du ferraillage de peau
La détermination de la section d'acier de peau $A_{sp}$ se fait généralement en pourcentage de la section de béton tendu ou par unité de surface de parement latéral.
A. Méthode empirique courante (Pratique professionnelle)
On retient souvent une section minimale d'armatures longitudinales de peau par mètre de parement et par face :
Où :
- $A_{sp}$ : Section totale des armatures de peau par mètre linéaire de hauteur de parement.
- $\rho$ : Taux minimal réglementaire (pris entre $1$ cm²/ml et $3$ cm²/ml par face selon l'agressivité de l'environnement).
- $b$ : Épaisseur (largeur) de la poutre.
- $H$ : Hauteur totale de la poutre.
B. Règle forfaitaire pour les poutres élancées
Pour une poutre rectangulaire de largeur $b$ et de hauteur $H > 70$ cm, la section des armatures de peau à disposer de chaque côté s'exprime généralement par :
Avec $\lambda$ variant typiquement entre $0,05\%$ et $0,1\%$ de la section de la zone concernée, répartie en plusieurs lits superposés espacés de $15$ cm à $25$ cm maximum.
4. Hypothèses de modélisation et dispositions constructives
Pour garantir l'efficacité des armatures de peau sur le terrain, plusieurs règles de l'art et dispositions constructives doivent impérativement être respectées :
- Espacement maximal vertical ($e_v$) : L'espacement entre deux lits successifs d'armatures de peau ne doit pas excéder $20$ à $25$ cm.
- Diamètre des barres : On utilise généralement des diamètres modestes (HA 8, HA 10 ou HA 12) pour assurer un bon maillage et une bonne répartition des contraintes d'adhérence.
- Ancrage et liaisons : Les armatures de peau doivent être obligatoirement ligaturées ou soudées aux branches intérieures des cadres/étriers transversaux afin d'éviter leur flambement lors du coulage.
- Continuité aux appuis : Les barres de peau doivent être prolongées et ancrées dans les appuis conformément aux règles d'ancrage des armatures longitudinales tendues.
5. Exemple pratique d'application
Soit une poutre en béton armé présentant les caractéristiques suivantes :
- Largeur $b = 30$ cm
- Hauteur totale $H = 80$ cm (La condition $H > 70$ cm est vérifiée)
- Enrobage $c = 3$ cm
En appliquant un taux minimal de $2$ cm²/ml par face, on opte par exemple pour un lit intermédiaire de part et d'autre de la poutre constitué de 2 HA 10 par face (soit $1,57$ cm² par lit), garantissant ainsi le respect des critères de fissuration préjudiciable.
Conclusion
Le calcul et la disposition du ferraillage de peau pour les poutres de grande hauteur ($H > 70$ cm) constituent une étape incontournable pour garantir la pérennité, l'intégrité esthétique et mécanique des structures en béton armé. Négliger ces armatures expose l'ouvrage à des désordres prématurés liés à la fissuration par retrait. Une modélisation rigoureuse assure un ouvrage durable et conforme aux règles de l'art de l'ingénieur.
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