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Soudage des fers à béton des armatures pour béton armé

Publié: le 25/02/2018 à 14:00 Par: Dominique ADMIN
Cet article technique est rédigé pour expliquer le soudage des fers à béton constitutifs des armatures métalliques pour béton armé.
1 - Généralités

Différents types d’armatures en acier soudable sont actuellement produits :

- Des barres en longueurs droites, des couronnes de fils, des couronnes pour produits déroulés puis dressés,

- Des treillis, des treillis raidisseurs.

Il s’agit de produits dont la limite d’élasticité nominale est généralement comprise entre 400 MPa et
500 MPa, la ductilité plutôt faible et dont la surface présente des aspérités ou verrous ou empreintes devant améliorer l’adhérence et l'accrochage au béton.

Les aciers à verrous sont caractérisés par les dimensions, le nombre et la configuration des verrous et nervures.
Les produits doivent présenter au moins deux séries de verrous répartis uniformément sur le périmètre.
Pour chaque série, les verrous doivent présenter un espacement uniforme.
Les nervures peuvent exister ou non


Les aciers à empreintes sont caractérisés par les dimensions, le nombre et la configuration des empreintes.
Les aciers à empreintes doivent présenter aux moins deux rangées d'empreintes également réparties. Les empreintes sont inclinées par rapport à l'axe de la barre, du fil machine ou du fil.


On fait appel au soudage pour rabouter des produits de longueur insuffisante, ou pour maintenir en
place les éléments d’armatures lors de la fabrication et du bétonnage.

On distingue donc des assemblages transmettant des charges et des assemblages non transmettant dont la résistance n’est pas prise en compte dans le calcul de la structure en béton armé.

Le processus de fabrication, laissé au choix du producteur, peut-être :
- Le laminage à chaud (livraison à l’état brut de laminage) d’un acier dont les teneurs en carbone et en éléments résiduels sont appropriées,
- Le laminage à chaud suivi d’une trempe au défilé puis d’un auto-revenu (revenu produit par le réchauffement de la zone trempée par la chaleur conservée à cœur) d’un acier dont la teneur en carbone est relativement basse,
- Le laminage à chaud suivi d’un écrouissage modéré à froid sans réduction sensible de section.

2 - Les normes applicables

Les prescriptions générales et les définitions relatives aux caractéristiques sont spécifiées par la
norme NF EN 10080 de 2005, les classes techniques de produits sont spécifiées par les normes NF A 35080-1, Barres et couronnes (diamètres 5 à 56 mm), NF A 35080-2, treillis soudés et NF A 35028, treillis raidisseurs.

3 - La soudabilité des fers à béton pour armature

La norme NF EN 10080 de 2005 définit des nuances d’aciers soudables, ce qui doit signifier sans précaution trop contraignante.
Pour cela elle spécifie des valeurs maximales, pour le carbone 0.24%, et pour les impuretés S et P.
Le carbone équivalent est également limité à 0.52% sur produit.
Compte tenu de la réalité des assemblages concernés qui seront vus plus loin, on peut considérer que le risque de fissuration à froid est faible sauf dans le cas des assemblages en croix, à l’arc ou par résistance, ou les cycles thermiques de soudage peuvent être très courts et produire des structures fragiles.



A noter qu’un régime de soudage trop chaud ou le recours au préchauffage peut provoquer une chute de la résistance quand le processus de fabrication de la barre fait appel à un laminage à froid ou à une trempe suivie d’un auto-revenu.

4 - Le soudage des fers à béton en acier pour armature

La norme NF EN ISO 17660-1 de 2008 spécifie les exigences relatives aux matériaux, à la conception et à l'exécution des assemblages soudés, au personnel de soudage, aux exigences de qualité, aux examens, contrôles et essais.

4.1 - Assemblage transmettant des efforts

Assemblage bout à bout, préparation pour le soudage à l’arc EE, MAG et FF (111, 114, 135 et
136)
:
La préparation de joint doit comporter des chanfreins.
Il convient d'effectuer la préparation par meulage ou coupage à la flamme



La réalisation de ces soudures est d’autant plus aisée que le diamètre du fer à béton est important, il est difficile de l’envisager qu’à partir du diamètre 16 mm, avec un soudeur spécialement formé et entraîné.
Un support envers peut faciliter l’exécution.

Pour les faibles diamètres, entre 6 et 16 mm, l’assemblage longitudinal à recouvrement est préférable.

Il faut noter que le procédé de soudage en bout par étincelage, sur coupe droite, est particulièrement
indiqué pour la réalisation de préfabrications en atelier.

Assemblage longitudinal de barres en soudage à l’arc, simple recouvrement :



Remarque :
l’opportunité de souder des deux côtés est évidente, sans pour autant réduire la longueur
des cordons.
La notion de gorge minimale de 4 et de longueur minimale de 50 pourrait également être retenue.

Assemblage longitudinal de barres, double recouvrement, utilisation d’éclisses :

Les assemblages à recouvrement avec une seule soudure latérale doivent être soudés
conformément aux dimensions de l'assemblage soudé à recouvrement

Les assemblages à éclisses doivent être réalisés avec des soudures à recouvrement exécutées d'un seul côté
Dans le cas où les éclisses et les barres ont les mêmes propriétés mécaniques, l'aire de la section
transversale combinée des deux éclisses doit être égale ou supérieure à l'aire de la section des barres à assembler.
Dans le cas où les éclisses et les barres n'ont pas les mêmes propriétés mécaniques, l'aire de la
section transversale des éclisses doit être adaptée en fonction du rapport de leur limite d'élasticité nominale respective.
L’avantage de ce type d’assemblage est d’assurer la concentricité du raboutage et d’éviter l’effet de
flexion du type précédent.
Cependant cet effet est essentiellement produit à l’essai de traction mais
il est contenu à l’utilisation noyé dans le béton.

Assemblages de barres avec d’autres éléments :

Ce sont des assemblages longitudinaux avec des plaques ou des profilés qui comportent des
soudures à recouvrement latérales, ou des assemblages avec des plaques d’extrémités constituant
des ancrages au moyen de soudures d’angle.




Assemblages comportant une plaque d'extrémité transversale

La disposition barre traversante est plus simple que la barre pénétrante mais il faut gérer le jeu
important nécessaire au passage des verrous, et assurer une hauteur de gorge satisfaisante. Il est
aussi possible de concevoir une disposition de barre posée, non pénétrante, où la coupe
perpendiculaire est dressée pour minimiser le jeu.
Dans ce cas, s’assurer de la tenue de la plaque si elle est assez épaisse, à l’arrachement lamellaire.

Assemblage de barres en croix en soudage à l’arc:


Cette technique est théoriquement envisageable pour tous les diamètres de barre de 6 mm à 56 mm.
En général, la barre transversale est de plus petit diamètre que la barre longitudinale, avec d min supérieur ou égal à 0.4.d max .
Toutefois il faut remarquer que l’opération est délicate pour les petits diamètres et elle requière un
soudeur expérimenté.
Dans ce cas, l’électrode enrobée paraît être le procédé le plus approprié.
Pour obtenir une meilleure résistance à l’essai de cisaillement, il est souhaitable que le cordon de
soudure contourne complètement la barre transversale.
Pour obtenir une gorge d’au moins 0.3.d mini la soudure devra le plus souvent être effectuée en
plusieurs passes.
La pratique courante est de procéder en passes tirées, en une passe jusqu’à 5 mm de gorge, ensuite 3 passes jusqu’à 9 mm et 6 passes pour les gorges de 10 à 12 mm.

Assemblage de barres en croix par résistance
:


C’est le procédé le plus adapté à l’assemblage des barres de petit diamètre, envisageable jusqu’à 20mm.
Son emploi est généralisé au moyen de machines spéciales mécanisées pour la production en usine des treillis plans ou des treillis raidisseurs, avec des fils ou barres de 5 à 16mm.
Si sa mise en oeuvre au moyen de pinces est convenable en atelier pour des préfabrications, elle l’est
moins sur chantier en raison de la puissance électrique nécessaire.

Le réglage de la machine doit si possible tenir compte du type de production des barres ; s’il implique un processus d’écrouissage ou de trempe, on gagnera à utiliser un cycle de soudage court donc avec un régime « froid ».

Au contraire, si l’acier a un carbone équivalent élevé, un cycle de soudage plus lent, éventuellement associé à un léger préchauffage et à une phase de revenu devrait minimiser le risque d’une structure trop fragile.

5 - Les produits d'apport pour le soudage des fers à béton en acier

Les produits consommables de soudage à utiliser doivent être qualifiés conformément à la norme pertinente.
Pour les assemblages soudés transmettant des efforts, les produits consommables de soudage doivent avoir une limite d'élasticité au moins égale à 70 % de la limite d'élasticité de l'armature.
Pour les assemblages soudés bout à bout transmettant les efforts, la limite d'élasticité des produits consommables de soudage doit être égale ou supérieure à celle de l'acier pour armatures à souder.
Un produit de classe 42 2 doit convenir pour la nuance B450, et un produit de classe 46 2 devrait satisfaire les aciers B500.
Néanmoins, il faut s’assurer que la limite effective ou typique du dépôt est bien supérieure à 450 MPa ou 500 MPa.
Pour les autres types d’assemblage la norme réduit l’exigence à 70% de la limite d’élasticité de l’acier d’armature ce qui autorise les électrodes rutile de classe 35.

Dans cette même norme 17660-1, des spécifications sont données en ce qui concerne la qualité et
les qualifications aussi bien des soudeurs que des modes opératoires. On s’y référera si nécessaire.


6 - Quelques liens Internet utiles

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