Le béton est un matériau largement utilisé en matière de construction. Les avancées et les recherches sont constantes depuis le XIXe siècle. Les progrès réalisés et à venir reposent sur l’étude approfondie du comportement mécanique du béton soumis aux diverses contraintes environnementales ou structurelles. L’étude des forces et des moments se résume dans la résistance des matériaux (RDM). Elle permet de déterminer en amont de la construction les matériaux à utiliser ainsi que leur dimensionnement.
Les différents types de contraintes
La construction est soumise à des forces externes ainsi qu’à des efforts et des contraintes dans le matériau générant des déplacements et des déformations.
Les forces
Les forces externes comprennent les charges permanentes correspondant au poids de la structure, les charges d’exploitation (les véhicules, les meubles, les personnes etc.) et enfin, les charges climatiques (la poussée du vent, la neige etc.).
Les efforts
Les édifices subissent des contraintes appelées efforts. On entend par effort le rapport entre la contrainte exercée sur les éléments de la structure et la déformation. D’une manière générale, les déformations sont équivalentes aux sollicitations. On distingue principalement 2 types d’efforts :
- L’effort à la traction est la contrainte exercée sur la structure ayant pour effet de l’allonger.
- À l’inverse, l’effort à la compression correspond à la contrainte exercée sur les extrémités de la construction. Dans ce cas, la structure est soumise à 2 forces opposées ayant pour effet de la raccourcir.
La structure peut être soumise à d’autres contraintes telles que le cisaillement lorsque la construction subit des forces opposées sur une surface limitée. Quant à la torsion, elle se définit par la contrainte appliquée sur un point précis de la structure entraînant une torsion de la construction sur la longueur.
Enfin, la flexion est la contrainte appliquée sur 2 points éloignés de la structure et non à ses extrémités. La contrainte exercée va comprimer l’élément tout en ayant un effet de traction.
La résistance des matériaux : quels critères ?
Le choix des matériaux est essentiel. En effet, le comportement des matériaux et en particulier leur élasticité varient. Ainsi, si certains matériaux comme l’acier se déforment sans se rompre, d’autres comme le béton ou le verre sont fragiles.
Un second critère est le dimensionnement des éléments de la structure porteuse. Le dimensionnement est calculé en fonction du critère de l’état limite admissible (ELA) : la contrainte sur la structure doit être inférieure à la contrainte limite admissible du matériau.
Cas particulier : les déformations spécifiques au béton
L’une des déformations propres au béton est le retrait pouvant entraîner des fissurations.
Le retrait correspond à une déformation liée à des phénomènes physiques lors de la prise du béton ou après. On distingue 4 types de retraits :
- le retrait plastique lié au tassement du béton frais ;
- le retrait thermique engendré par les contractions du béton dues aux variations thermiques ;
- le retrait de dessiccation engendré par une évaporation excessive d’eau ;
- enfin, le retrait d’auto-dessiccation lié à la contraction excessive du béton du fait d’une évaporation trop rapide d’eau.