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Tout comme les pierres naturelles, le béton résiste bien à la compression mais très médiocrement à la traction. Il est donc mal adapté à la construction de poutres qui travaillent à la flexion et présentent donc une zone supérieure soumise à la compression et une zone inférieure soumise à la traction. L'idée germa donc très tôt d'associer au ciment et aux mortiers des armatures métalliques résistant à la traction, d'abord dans des objets relativement petits. Un architecte français eut le mérite d'associer, pour la première fois, l'utilisation du béton et d'armatures métalliques dans la construction d'un immeuble à Saint-Denis (1852). Un autre Français fit avancer la théorie en fixant définitivement l'emploi du béton comme matériau d'enrobage et en perfectionnant la technique des armatures en fer rond, qui est peu coûteuse. Plusieurs immeubles d'avant-garde furent construits confirmant ces théories. Dans l'intervalle, des techniques analogues furent utilisées pour construire l'église Saint-Jean-l'Évangéliste à Montmartre.
La communauté des architectes accueillit ces innovations avec de nombreuses réserves, en effet, l'acier et le béton sont des matériaux très différents. Physiquement, ils présentent des coefficients de dilatation différents, chimiquement, on ignorait tout de leur interaction. Or l'expérience démontra, au bout de quelques années, que la coexistence était parfaite. Physiquement, l'armature métallique est si solidaire du béton qu'elle n'absorbe pas les différences de dilatation par coulissement relatif, mais par compression ou étirage élastique, sans aucun déplacement relatif à l'interface. Chimiquement, il s'avère que le béton est un remarquable protecteur de l'acier contre les corrosions oxydantes, si efficace qu'il neutralise, avant sa prise, la rouille revêtant les armatures (une destruction de béton ancien au marteau perforateur met en évidence des armatures parfaitement nettes, mais chimiquement activées, qui se réoxydent dans les heures qui suivent).
L'absence d'accident prématuré dans les premiers ouvrages en béton armé déclencha rapidement un grand engouement, y compris dans la construction d'immeubles de conception audacieuse et d'ouvrages d'art ambitieux. La légitimation administrative du béton armé fut précoce avec la publication de règlements de calcul des ouvrages en béton armé.
Très vite se posa une question préoccupante quant au comportement des poutres de longue portée présentant une flèche importante. Il était clair qu'à la partie supérieure de la poutre, le béton résistait lui-même à la compression et, qu'à la partie inférieure, les armatures métalliques résistaient à la traction. Mais la déformation élastique de ces armatures pouvait engendrer des fissurations du béton à la base de la poutre, sans incidence immédiate sur la résistance de l'ensemble, mais susceptibles d'ouvrir des chemins de corrosion, à l'air atmosphérique humide, jusqu'aux armatures. La réponse fut apportée, dès 1920, avec la technique de la précontrainte : mettre sous tension les armatures basses, soit avant coulée des poutres, soit après coulée, les armatures basses étant alors constituées par des câbles tendus à travers des logements tubulaires ménagés dans les poutres, emplis ensuite d'un coulis de ciment (qui assurait la cohésion définitive acier-béton et la protection de l'acier contre la corrosion).
Il est devenu un matériau de construction essentiel dans les domaines les plus divers. Dans les immeubles de grande hauteur, européens et japonais, on lui reconnaît une supériorité incontestable sur la construction métallique en matière de résistance à la corrosion et de sécurité " incendie ". Le calcul des structures en béton les plus courantes est relativement simple, car il peut utiliser les hypothèses simplificatrices de la résistance des matériaux, malgré l'hétérogénéité évidente du béton armé : on calcule ainsi séparément les contraintes de compression dans le béton et les contraintes de traction dans les armatures. On a ensuite perfectionné les armatures en relevant les armatures basses au niveau des appuis pour lutter contre l'effort tranchant. On fretta également les poteaux ainsi que les zones comprimées des poutres avec des armatures superficielles légères. Ce frettage augmente la résistance naturelle du béton à la compression, en l'empêchant de se déliter latéralement sous contrainte. C'est l'augmentation considérable de l'usage du béton armé qui fut à la base du développement fulgurant de l'industrie du ciment.
