Pourquoi utilisons-nous plusieurs barres d'armature au lieu d'une barre de grand diamètre en béton armé?

Pourquoi utilisons-nous plusieurs barres d'armature au lieu d'une avec un grand diamètre en béton armé?

L'augmentation du nombre de barres d'armature signifie-t-elle que le béton armé aura une résistance à la traction plus élevée?

Il y a quelques raisons.

Je vais d'abord supposer que vous parlez de remplacer un tas de petites barres d'armature par une seule de taille raisonnable: c'est-à-dire au lieu de (7,54 cm ² ), en utilisant (8,04 cm ² ).$15\phi8$$1\phi32$

L'une des raisons est d'améliorer la facilité de constructibilité. Les poutres en béton armé ont également une armature transversale, et il est très courant de placer des barres d'armature aux quatre coins de l'armature transversale pour lier le tout dans une cage autoportante (cela empêche également l'écrasement du béton aux coins de l'armature transversale). Mais cela signifie simplement que vous devez placer une limite inférieure de 2 barres d'armature sur chaque face (supérieure et inférieure). Mais pourquoi ne pas adopter (8,04 cm ² ) au lieu de ?15 ϕ $4\phi16$$15\phi8$

Plusieurs petites barres d'armature améliorent le comportement de l'interface béton-acier. La surface totale pour transmettre les forces de traction de l'acier au béton au niveau des ancrages est plus importante, réduisant la contrainte de traction et donc raccourcissant les longueurs d'ancrage et d'épissure de recouvrement. Cela réduit également les fissures qui se développeront dans le béton.

Enfin, on peut généralement être plus efficace avec des barres d'armature plus petites: si ce dont vous avez réellement besoin est de 7,5 cm ² , vous aurez besoin de (7,54 cm ² ), (7,85 cm ² ), (8,59 cm ² ), (8,04 cm ² ), (9,42 cm ² ), (9,82 cm ² ) ou (8,04 cm ² ). donne l'utilisation la plus efficace de l'acier, en mettant le moins possible d'extra. De toute évidence, cependant, ce n'est pas toujours le cas. C'est souvent le cas.10 ϕ 10 7 ϕ 12,5 4 ϕ 16 3 ϕ 20 2 ϕ 25 1 ϕ 32 ϕ $15\phi8$$10\phi10$$7\phi12.5$$4\phi16$$3\phi20$$2\phi25$$1\phi32$$\phi8$

Maintenant, je vais supposer que vous parlez d'utiliser une barre d'acier ridiculement grande: c'est-à-dire au lieu de (68,2 cm ² ), en utilisant . Certains des points soulevés ici sont toujours valables même si vous parlez d'être raisonnables, mais leur signification est réduite.1 ϕ $20\phi20$$1\phi94$

Une des raisons est le coût. Ce concept implique de fabriquer des barres d'armature de diamètre personnalisé pour chaque poutre (sinon, tout ce que vous dites, c'est que les barres d'armature actuelles sont trop petites), ce qui entraverait l'utilisation de l'échelle pour réduire les coûts. Une usine peut réduire le coût unitaire d'une barre en en faisant des millions. Si chaque poutre de chaque chantier nécessite un diamètre personnalisé, de telles économies ne sont pas possibles.$\phi10$

En outre, une seule armature pèserait près de 54 kg / m, ce qui signifie que vous auriez besoin d'utiliser une grue pour la mettre en place, tandis que la peut être facilement placée à la main par un seul travailleur, une à la fois.20 ϕ $\phi94$$20\phi20$

De plus, aux extrémités de votre poutre, l'acier devra probablement être plié. Plus le diamètre de l'armature est grand, plus son rayon de courbure est grand.

Et puis il y a ceci:

Étant donné que le centre de gravité de votre acier sera plus éloigné de la face du béton, il sera également moins efficace: vous aurez besoin de plus d'acier pour obtenir la même résistance. Cela vaut également pour la première partie de cette réponse, où nous parlions de tailles raisonnables, mais la différence est évidemment beaucoup plus petite.

Mais pourquoi ne pas utiliser alors une tôle d'acier, au lieu d'une grande barre d'armature circulaire? Enfer, comme il n'y aurait plus d'espace entre les barres d'armature, vous pourriez choisir une feuille qui est plus mince que les multiples diamètres de l'armature, et qui est donc plus efficace aussi! Mais alors votre surface serait réduite, augmentant les contraintes de transfert et donc les longueurs d'ancrage et d'épissure de recouvrement. De plus, une feuille est un élément bidimensionnel, il peut donc y avoir d'autres comportements transversaux qui peuvent entraîner des problèmes. Aussi, comment couleriez-vous le béton pour la face inférieure de la poutre?

À la fin de la journée, la meilleure règle de base (ou, bien, celle que j'essaie d'utiliser) est de faire de votre mieux pour tout ranger dans le moins de couches de barres d'armature possible, mais en remplissant ces couches autant que possible ( tout en laissant un espace confortable pour les coulées de béton appropriées, y compris l'espace nécessaire pour le vibrateur). La seule exception est la dernière couche (la plus éloignée de la face concernée du faisceau), qui peut être laissée plus vide (mais de préférence avec un certain nombre de barres qui lui permet de suivre un motif symétrique des couches précédentes). Eh bien, équilibrez cela avec l'efficacité avec l'acier: si cela nécessite l'utilisation de grandes barres d'armature et que la zone adoptée en acier est beaucoup plus grande que si une autre couche était ajoutée avec des barres d'armature plus petites, alors peut-être qu'une autre couche est préférable.

Le but principal des barres d'armature est d'améliorer la résistance à la traction du béton et, dans la pratique, la plupart de ces charges proviennent de la flexion plutôt que de la tension pure.

Lorsqu'une poutre soumise à des forces de flexion, la plus grande contrainte se situe sur les bords et les faces de la poutre, le fait de n'avoir qu'une seule grosse barre au centre ne ferait pas grand-chose car cette partie de la structure voit très peu de charge jusqu'à ce qu'elle commence à échouer.

Le fait d'avoir des barres d'armature de plus petit diamètre réparties dans toute la structure répartit également la charge du béton sur l'acier plus efficacement car il y a une plus grande zone de contact pour l'adhérence entre les deux.

Dans la pratique, la taille et l'emplacement de l'armature en acier seront déterminés par la charge attendue sur la structure et constituent un compromis entre la résistance, le poids, le coût et les aspects pratiques de l'assemblage de l'acier pendant la construction.

D'un point de vue purement conceptuel, une grande barre de la même zone que plusieurs barres plus petites offre la même capacité de moment pour une poutre en béton. Cela suppose que le centre des barres est à la même profondeur.

La répartition des barres (plusieurs barres plus petites) aide à limiter les fissures en répartissant la force de traction sur une plus grande largeur de béton.

Plusieurs barres plus petites aident également lors de l'examen de l'interaction à l'interface du béton et de l'acier d'armature. Une seule grande barre a moins de surface que plusieurs barres plus petites. Cela signifie que pour une charge donnée, la contrainte entre la surface de la barre et le béton est plus importante dans le cas d'une barre unique. Cela a des applications sur la longueur de développement du renfort.

En plus de la réponse de Wasabi - qui est excellente - les barres de grand diamètre ont besoin d'une longueur de développement et d'une longueur de tour insensées .

Une estimation empirique pour le développement et la longueur des tours est de 40 diamètres. Pour les barres de 20 mm, c'est un grand mais raisonnable 80 cm, mais il devient 128 cm pour les barres de 32 mm et 2 mètres pour les barres de 50 mm.

Le problème de la longueur du tour peut être évité en utilisant des connecteurs mécaniques, mais une longueur de développement de 2 mètres gaspillerait beaucoup d'acier et nécessiterait un grand espace, très souvent indisponible.

Le béton et l'acier se comportent de manières radicalement différentes: le béton est supposé ne pas pouvoir supporter de contrainte de traction dès l'apparition des premières fissures tandis que l'acier est le matériau idéal pour la contrainte de traction. Idéalement, il serait idéal d'avoir de minuscules brins d'acier minces plutôt que quelques gros brins, un peu comme le fonctionnement homogène de la fibre de verre.
Surtout que nous savons que nos hypothèses de conception sont très simplifiées pour rendre le travail d'ingénierie pratique. Des éléments comme le climat et l'exposition au soleil déférente, l'humidité, la pénétration d'agents corrosifs à travers les fissures d'un membre, ont tous un impact sur le comportement d'un membre. De même, comme mentionné ci-dessus, la surface et la surface de contact des barres d'acier sont liées dans un rapport de puissance de deux pour la zone de la barre qui transfère la tension par friction de la peau au béton.
D'un autre côté, les exigences pratiques au cours de la construction, telles que les barres qui ne se déforment pas facilement sous la circulation piétonne des travailleurs ou des locaux d'habitation pour permettre le passage des tuyaux ou conduits transitoires, devraient être autorisées. c'est là que les codes d'ingénierie entrent en jeu pour créer un plan de match uniforme et prévisible. afin que l'ingénieur en mécanique ou le concepteur de matériel sache ce qu'il spécifie ou ce qui fonctionnera.

le petit diamètre du centre de gravité de la barre est proche de la surface du béton. un plus grand diamètre du centre de gravité de la barre est loin de la surface du béton. petit diamètre de barre facile à manipuler puis le plus grand diamètre de barre. Plus le diamètre de l'armature est grand, plus son rayon de courbure est grand.

Je pense que 4 bars D1 seront meilleurs que 1 bar D2 (même zone de traction, mais plus de surface de collage).

En plus de cela, les barres plus grandes sont plus cassantes tandis que les barres plus petites ont un rendement de surface dominant (plus élastique et plastique que cassant). Il ajoute de la sécurité en cas de panne.