Le béton précontraint est un procédé datant des années 30 qui est largement employé dans la construction aujourd’hui en raison de la résistance accrue acquise par le béton armé lors de la précontrainte. C’est notamment dans la fabrication des poutres porteuses que le béton précontraint est employé, aussi bien en construction de bâtiments que d’ouvrages d’art. La poutre en béton précontraint permet d’assurer de grandes portées tout en supportant de lourdes charges que le béton armé n’aurait pas pu permettre. Découvrez dans notre article la définition, les usages et le type de pose de la poutre en béton précontraint.
Définition et principe de la poutre en béton précontraint
Le béton est un matériau facile d’emploi mais relativement résistant à l’étirement. La résistance à l’étirement du béton n’est (en simplifiant) que la capacité d’adhérence du ciment sur les granulats (gravier, sable) qu’on incorpore au mélange ciment et eau. Lorsque le béton s’étire (sous la flexion due à la charge notamment), sa résistance ne tient qu’à la capacité d’adhésion du ciment sur les granulats. En armant le béton par des ferraillages, on obtient du béton armé dans lequel on a ajouté des éléments (fers à béton) renforçant la cohésion en multipliant les points d’adhésion (c’est pour cette raison que les fers à béton ne sont pas lisses mais ouvragés avec des reliefs, afin d’augmenter la surface de contact).
Afin d’augmenter la résistance du béton armé à l’arrachement, l’ingénieur français Eugène Freyssinet a eu l’idée de comprimer le béton afin de lui donner une pression interne permettant d’accroître la cohésion de ses éléments assemblés donc sous pression. La pression exercée dans le béton est une contrainte qui viendra lutter contre l’arrachement et la dislocation de ses composants internes. Comme cette contrainte est appliquée avant le durcissement du béton, ce béton a ainsi pris l’appellation de « béton précontraint ». L’emploi du béton précontraint est particulièrement recommandé en construction dès lors que l’on souhaite construire des poutres porteuses et des longrines porteuses de grande portée qui seront soumises à de lourdes charges.
La précontrainte d’une poutre se fait en incorporant dans sa structure un ou plusieurs câbles longitudinaux (traversant toute la longueur de la poutre) qui seront mis en tension par des vérins hydrauliques et maintenus en tension durant le durcissement du béton.
Il existe deux méthodes de fabrication d’une poutre précontrainte :
- La poutre en béton précontrainte par pré-tension préfabriquée en usine où le béton est coulé sur les câbles tendus à la précontrainte désirée ;
- La poutre en béton précontraint par post-tension sur site où les câbles mis en place dans le coffrage sont tendus une fois le béton coulé et durci.
Pose et intégration de la poutre en béton précontraint dans la construction
C’est surtout pour les projets architecturaux ambitieux, aussi bien en résidentiel qu’en tertiaire (commerces, bureaux, ERP, parkings…), qu’on employait majoritairement la poutre en béton précontraint, mais son coût modéré, son encombrement réduit et sa facilité de pose l’ont généralisé à toutes les constructions, y compris celles de maisons individuelles. Grâce aux grandes portées (longueurs) qu’elle autorise (> 30 m) et sa résistance à la charge, la poutre en béton précontraint permet de réduire le nombre de piliers nécessaires, et donc d’augmenter l’espace intérieur, mais aussi de réduire considérablement les coûts de construction (moins d’éléments à fabriquer, moins de temps de séchage, moins de manipulations…).
Généralement, on emploie dans les constructions pas trop étendues (maisons, petits immeubles…) des poutres en béton précontraint préfabriquées en usine (pré-tension) tant que leur longueur n’est pas trop importante et n’interdit pas le transport et la mise en place. En revanche, pour les poutres de grande longueur, les trop importants problèmes liés au transport et à la manutention impliquent une construction sur site par post-tension. Généralement les architectes et maîtres d’ouvrage du projet ont envisagé le projet en fonction des capacités de production en usine ou sur site.
Lorsqu’il s’agit de poser des poutres en béton précontraint préfabriquées en usine par pré-tension, il suffit de faire reposer la poutre livrée sur les piliers porteurs et d’en assurer le chaînage (liaison des ferraillages). Seule une grue suffit à la manutention. En revanche, la fabrication sur site d’une poutre en béton précontraint réclame des moyens matériels importants, aussi bien au niveau de l’étaiement que du coulage du BPE spécifique, mais aussi de la mise en tension des câbles tenseurs par vérins hydrauliques ; pour ces raisons, cette technique est généralement employée uniquement pour la construction d’ouvrages d’art (ponts, viaducs, etc.).
En construction de maison individuelle on fait surtout appel à de la poutrelle (petite poutre) en béton précontraint pour la réalisation de planchers aux caractéristiques diverses en fonction des produits avec lesquels elle est associée. La poutre ou poutrelle en béton précontraint est largement associée à des entrevous, du treillis soudé ou du béton prêt à l’emploi pour réaliser des planchers à isolation intégrée (avec entrevous isolant) ou à isolation rapportée (dalle flottante), le plus souvent compatibles avec le chauffage au sol.
Exemple : une poutre en béton précontraint de 30 m de longueur réclame une manutention délicate (près de 30 tonnes) et un acheminement par convoi exceptionnel tant que l’accès au chantier le permet. Une poutrelle de 4 m de long en béton précontraint destinée à la réalisation de plancher de maison individuelle (10 à 12 cm de section) ne pèse qu’une soixantaine de kg environ.
Prix d’achat et coût de revient de la poutre en béton précontraint
La poutre en béton précontraint n’est pas trop onéreuse dès lors qu’il s’agit d’une poutre préfabriquée en pré-tension. À titre d’exemple, une poutre pour la réalisation d’un plancher sur vide sanitaire de 4 mètres de long (dimension et portée courantes) coûte moins de 70 €, ce qui ramène le prix au mètre linéaire de portée à moins de 20 €. En revanche et à titre de comparaison, une poutre en acier (IPN) de même portée se négocie à plus de 90 € le mètre linéaire.