les dessins spécifiques aux projets (partie 3/7)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - réaliser un plan d’armature d’ouvrage d’art (OA) en respectant les normes de représentation et les échelles usuelles ; - dessiner en coupe, en élévation et en plan différents types de réservoirs (eau, carburant, boues) en indiquant les cotes, les repères et les matériels associés ; - représenter un ouvrage en béton précontraint (gaines, ancrages, forces de précontrainte) et en lire les détails d’exécution sur un plan de chantier. **Prérequis** : maîtrise du dessin technique de base (cotes, lignes de construction, échelles), connaissance des matériaux de construction (béton, armature, précontrainte) et des notions de résistance des matériaux (efforts normaux, cisaillement, moment fléchissant). --- ## Introduction contextualisée Dans le cadre du Baccalauréat séries F4, l’épreuve de dessin évalue la capacité de l’élève à traduire une description technique en représentation graphique conforme aux usages du bâtiment et des travaux publics. Les trois leçons abordées ici correspondent aux étapes essentielles de la conception d’un projet : l’armature qui assure la résistance structurelle, le réservoir qui stocke les fluides, et le béton précontraint qui permet de porter des charges importantes avec des sections réduites. Au Cameroun, ces savoirs sont directement mobilisés dans la réalisation de ponts sur le fleuve Sanaga, de châteaux d’eau dans les régions du Nord et de viaducs sur l’axe Yaoundé‑Douala. --- ## I. Leçon 5 : Plan d’armature des OA ### 5.1 Définition et rôle du plan d’armature > Un plan d’armature est la représentation graphique, à l’échelle, de l’ensemble des barres d’acier (ferraillage) qui renforcent le béton d’un ouvrage d’art afin de résister aux efforts de traction, de compression et de cisaillement. Il se situe entre le schéma de principe (efforts) et le plan d’exécution (coffrage). Il doit permettre au ferrailleur de couper, plier et poser les armatures sans ambiguïté. ### 5.2 Éléments constitutifs - **Barres principales** : longitudinales, supportent le moment fléchissant. - **Barres de répartition** : transversales, résistent au cisaillement et empêchent l’éclatement du béton. - **Étriers** : formes fermées (souvent en U ou en carré) qui entourent les barres principales dans les zones de forte contrainte. - **Ancrages et crochets** : assurent la transmission des efforts entre barres et béton. - **Cotes de recouvrement** : distance minimale entre la surface du béton et l’armature (souvent 2 cm pour les ouvrages exposés à l’humidité). ### 5.3 Méthode de tracé 1. Reporter le contour de l’élément (dalle, poutre, poteau) à l’échelle choisie (généralement 1 :20 ou 1 :50). 2. Tracer les lignes d’axe des barres principales en respectant l’espacement indiqué dans le calcul de ferraillage. 3. Ajouter les barres de répartition selon le pas prescrit. 4. Dessiner les étriers autour des zones de soutien (appuis, points de charge). 5. Indiquer les crochets, les ancrages et les longueurs de développement nécessaires. 6. Coter toutes les distances (espacements, recouvrements, longueurs de barres) et ajouter le tableau de ferraillage (quantités, diamètres, longueurs). > La longueur de développement d’une barre d’acier de diamètre *φ* en béton de classe C25/30 vaut environ 40 × φ (en mm) pour une adhérence normale. ### 5.4 Exemple camerounais : pont sur le fleuve Sanaga Le pont en béton armé sur la Sanaga près de Bertoua (mis en service 2018) présente une dalle de 30 cm d’épaisseur. Son plan d’armature montre : - des barres principales de diamètre 25 mm espacées de 150 mm dans le sens longitudinal, - des barres de répartition de 12 mm tous les 200 mm, - des étriers en forme de U de 10 mm tous les 300 mm aux appuis. ### Tableau récapitulatif – Leçon 5 | Étape | Action | Détail clé | Exemple (Sanaga) | |-------|--------|------------|------------------| | 1 | Reporter le contour | Échelle 1 :20 | Contour de la dalle 30 m → 150 cm sur le papier | | 2 | Tracer barres principales | Espacement 150 mm, φ 25 mm | 200 barres sur 30 m | | 3 | Ajouter barres de répartition | Pas 200 mm, φ 12 mm | 150 barres transversales | | 4 | Dessiner étriers | Forme U, φ 10 mm, pas 300 mm | 100 étriers par travée | | 5 | Indiquer ancrages | Longueur de développement 40 × φ | 1000 mm pour φ 25 mm | | 6 | Coter et tableau | Quantités, diamètres, longueurs | Tableau ferraillage : 5 t d’acier | --- ## II. Leçon 6 : Dessin des réservoirs ### 6.1 Types de réservoirs - **Réservoir aérien** : cuve soutenue par des poteaux ou une structure métallique, souvent utilisé pour l’eau potable. - **Réservoir enterré** : cuve placée sous le sol, protégée contre les variations de température et les chocs mécaniques. - **Réservoir sphérique ou cylindrique** : forme adaptée à la pression interne (gaz, carburant). ### 6.2 Représentation en coupe, élévation et plan > En coupe longitudinale, on montre le fond, les parois, le revêtement d’étanchéité et les équipements (échelle, vanne, jauge). > En élévation, on visualise la hauteur totale, le niveau d’eau maximale (NEM) et minimale (NEM‑min), ainsi les accès. > En plan, on indique le diamètre ou les côtés de la base, l’emplacement des entrées/sorties et les ancrages au sol. ### 6.3 Cotes et repères - **Cote de fondation** : altitude du radier par rapport au Nivellement Général de la Côte (NGC). - **Épaisseur de paroi** : fonction de la pression hydrostatique *p = ρ g h* (ρ = 1000 kg/m³ pour l’eau, g = 9,81 m/s²). - **Diamètre nominal (DN)** : utilisé pour les réservoirs cylindriques, exprimé en mm. - **Niveau d’eau maximale (NEM)** : hauteur à laquelle la cuve ne doit pas dépasser pour éviter le débordement. - **Niveau d’eau minimale (NEM‑min)** : niveau sous lequel la pompe ne doit pas fonctionner afin d’éviter l’aspiration à vide. ### 6.4 Exemple : réservoir d’eau de Yaoundé (Mfoundi) Construit en 2015, ce réservoir aérien de 500 m³ possède : - une cuve cylindrique de diamètre 8 m (DN 8000) et hauteur 10 m, - une épaisseur de paroi de 200 mm calculée pour une hauteur d’eau de 9 m (p ≈ 88 kPa), - une fondation en radier armé de 30 cm d’épaisseur, - une échelle extérieure et une vanne de décharge située à 1,5 m du fond. Le dessin en coupe montre le revêtement d’étanchéité (géomembrane HDPE) collé à la paroi intérieure, tandis que le plan indique l’emplacement de la colonne de montée et du regard de visite. ### Tableau récapitulatif – Leçon 6 | Élément | Représentation | Cote / valeur typique | Exemple Yaoundé | |---------|----------------|----------------------|-----------------| | Fond | Ligne pleine en coupe | Altitude radier = 650 m NGC | 650 m | | Paroi | Deux lignes parallèles | Épaisseur = 200 mm | 200 mm | | Niveau d’eau maximale | Ligne pointillée | Hmax = 9 m | 9 m | | Niveau d’eau minimale | Ligne tiret‑point | Hmin = 0,5 m | 0,5 m | | Diamètre | Cercle en plan | DN = 8000 mm | 8000 mm | | Échelle | Symboles normalisés | Hauteur = 10 m | 10 m | | Vanne | carré avec croix | Position = 1,5 m du fond | 1,5 m | --- ## III. Leçon 11 : Ouvrage en béton précontraint ### 11.1 Principe de précontrainte > La précontrainte consiste à introduire, avant le chargement de service, une contrainte de compression dans le béton afin de compenser les futures contraintes de traction dues aux charges d’exploitation. Cette compression est créée par la tension de câbles ou de barres d’acier (gaines) qui, une fois ancrées, exercent une force sur le béton environnant. ### 11.2 Types de précontrainte - **Précontrainte par pré‑tension** : les câbles sont tendus avant le coulage du béton ; après prise, ils sont coupés et le béton reste comprimé. - **Précontrainte par post‑tension** : les gaines sont placées dans le coffrage, le béton est coulé, puis les câbles sont introduits, tendus et ancrés après durcissement. - **Précontrainte mixte** : combinaison des deux procédés pour optimiser l’utilisation des matériaux. ### 11.3 Dessin des gaines et des ancrages - **Gaine** : représenté par un trait double (ou un trait plein avec hachure) indiquant le diamètre extérieur et le passage du câble. - **Ancrage** : bloc d’acier (souvent en forme de cône ou de disque) représenté en élévation par un symbole normalisé (ex. : ⦿ pour ancrage à tête plate). - **Force de précontrainte (P)** : indiquée par une flèche accompagnée de la valeur (ex. : P = 1500 kN) dirigée selon l’axe de la gaine. - **Zone d’ancrage** : longueur minimale nécessaire pour transférer la force sans éclatement du béton, généralement 10 × φ du câble. > Pour un câble de diamètre 15 mm en acier à haute résistance (fpk = 1860 MPa), la force de rupture théorique est *F = σ × A* ≈ 1860 MPa × (π × 15²/4) ≈ 330 kN. En pratique, on travaille à 70 % de cette valeur, soit ≈ 230 kN par câble. ### 11.4 Exemple : viaduc de l’autoroute Yaoundé‑Douala (section de 120 m) Le viaduc à poutres précontraintes, mis en service en 2022, utilise : - des poutres en I de hauteur 2,2 m, largeur d’âme 0,30 m, - 12 câbles de diamètre 15 mm disposés en deux rangées (6 de chaque côté) dans les gaines centrales, - une force de précontrainte totale de ≈ 2,7 MN (≈ 230 kN × 12), - des ancrages de type cône situés à 0,50 m des extrémités de chaque poutre, avec une zone d’ancrage de 150 mm (10 × φ). Le dessin en élévation montre les gaines traversant l’âme des poutres, les ancrages représentés par des cônes, et les flèches de précontrainte dirigées vers le béton. En coupe, on visualise le revêtement de protection des gaines (gaine en polyéthylène) et le béton armé traditionnel autour de l’âme. ### Tableau récapitulatif – Leçon 11 | Composant | Représentation | Valeur typique | Exemple Yaoundé‑Douala | |-----------|----------------|----------------|------------------------| | Gaine | trait double, hachure | φ ext = 20 mm (pour câble 15 mm) | 20 mm | | Câble | ligne centrale dans gaine | φ = 15 mm, fpk = 1860 MPa | 15 mm | | Ancrage | symbole ⦿ ou cône | longueur d’ancrage ≥ 10 × φ | 150 mm | | Force de précontrainte | flèche + valeur | P ≈ 230 kN/câble | 2 700 kN total | | Zone d’ancrage | trait épais autour de l’ancrage | 10 × φ | 150 mm | | Béton de remplissage | hachure légère | classe C40/50 | C40/50 | --- ## Étude de document / de cas **Document** : extrait d’un plan d’exécution d’un réservoir d’eau potable de 250 m³ destiné à un lycée de la région de l’Adamaoua (projet MINEDUB 2021). **Situation** : Le plan montre une coupe longitudinale du réservoir. On y voit : 1. Une cuve cylindrique de diamètre 6 m, hauteur 9 m. 2. Un radier armé de 25 cm d’épaisseur, avec un treillis soudé Ø 8 mm maillage 15 cm. 3. Une paroi en béton armé de 180 mm d’épaisseur, renforcée par des barres verticales Ø 16 mm tous les 200 mm et des barres horizontales Ø 12 mm tous les 250 mm. 4. Un revêtement d’étanchéité en géomembrane HDPE posé sur la face intérieure de la paroi. 5. Une colonne de montée (tube acier Ø 100 mm) située à 0,5 m du bord extérieur, avec une vanne de régulation à 1,2 m du fond. 6. Un regard de visite carré de 0,6 × 0,6 m placé à 2,0 m du fond, accessible par une échelle intérieure. **Commentaire pas à pas** : - Étape 1 : Identifier l’échelle (indiquée en bas du plan : 1 :50). Reporter les dimensions réelles en multipliant les valeurs mesurées par 50. - Étape 2 : Vérifier l’épaisseur de la paroi : 180 mm × 50 = 9 000 mm = 9 m ? Non, l’épaisseur reste 180 mm car l’échelle s’applique aux seules dimensions en plan ; l’épaisseur est déjà donnée en réalité. - Étape 3 : Contrôler l’espacement des armatures verticales : 200 mm × 50 = 10 000 mm = 10 m ? Là encore, l’espacement indiqué sur le plan est déjà à l’échelle réelle ; on ne le multiplie pas. - Étape 4 : S’assurer que le revêtement d’étanchéité couvre entièrement la surface intérieure : la géomembrane est représentée par une ligne continue le long de la paroi, sans interruption. - Étape 5 : Valider l’emplacement de la colonne de montée : située à 0,5 m du bord extérieur, donc à 3,5 m du centre du réservoir (rayon 3 m + 0,5 m). - Étape 6 : Vérifier la conformité du regard de visite : dimensions 0,6 m × 0,6 m, profondeur suffisante pour permettre l’accès d’un technicien (hauteur libre ≥ 1,8 m). **Conclusion** : Le document respecte les normes de représentation (cotes, lignes de construction, symboles normalisés) et les exigences techniques (épaisseur de paroi adaptée à la pression hydrostatique, armature suffisante pour résister à la poussée du sol et à la pression de l’eau). --- ## Méthode et sujets type examen ### Sujet 1 – Dissertation **Intitulé** : « Le dessin technique comme outil de communication et de contrôle dans la réalisation d’un ouvrage en béton précontraint ». **Plan détaillé** : I. Le dessin comme langage universel du chantier A. Normalisation (NF EN ISO 128, NF P 06‑001) B. Transmission de l’intention du concepteur aux exécutants II. Le dessin de précontrainte : spécificités et exigences A. Representation des gaines, ancrages et forces de précontrainte B. Échelles, coupes et vues nécessaires (plan, élévation, coupe longitudinale) III. Le dessin comme moyen de contrôle qualité A. Vérification du respect des longueurs de développement et des recouvrements B. Détection des interférences (gaines vs. armature traditionnelle) IV. Étude de cas : viaduc de l’autoroute Yaoundé‑Douala A. Analyse du jeu de plans fourni B. Leçons tirées pour la prévention des malfaçons ### Sujet 2 – Commentaire de document **Intitulé** : Commenter le plan de coupe d’un réservoir d’eau aérienne de 300 m³ (document fourni en annexe). **Plan détaillé** : 1. Présentation du document (échelle, titre, légende, date). 2. Description des éléments visibles : cuve, radier, paroi, revêtement, équipements. 3. Analyse des cotes et des repères (NEM, NEM‑min, épaisseur de paroi, diamètre). 4. Vérification de la conformité aux règles de l’art (NF P 06‑002, DTU 13.11). 5. Points forts et éventuelles améliorations (ex. : ajout d’un regard de visite supplémentaire, optimisation de l’espacement des armatures). 6. Synthèse : adéquation du dessin avec la fonction du réservoir et les contraintes du site. ### Sujet 3 – Question de cours **Intitulé** : Expliquer, avec un schéma légendé, la différence entre la précontrainte par pré‑tension et la précontrainte par post‑tension, en donnant un exemple d’ouvrage camerounais pour chaque procédé. **Plan détaillé** : - Définition de la précontrainte et de son objectif. - Schéma 1 : pré‑tension (câbles tendus avant coulage, ancrage après prise). * Exemple : poutres précontraintes du pont de la Bénoué (2019). - Schéma 2 : post‑tension (gaines placées dans le coffrage, béton coulé, puis tension et ancrage). * Exemple : dalles du parking souterrain du quartier administratif de Yaoundé (2020). - Comparaison des avantages/inconvénients (coût, flexibilité, contrôle de la force). - Conclusion sur le choix du procédé selon le type d’ouvrage et les contraintes de chantier. --- ## Erreurs fréquentes | Erreur | Explication | Conséquence typique | Comment l’éviter | |--------|-------------|---------------------|------------------| | Confondre l’échelle du plan avec l’échelle de l’élément (ex. : multiplier les épaisseurs) | L’échelle ne s’applique qu’aux dimensions en plan, pas aux épaisseurs ou aux diamètres déjà donnés en réalité. | Sous‑ ou sur‑estimation des quantités de béton ou d’acier. | Toujours lire la légende : « Échelle : 1 :50 » et vérifier si la cote concerne une longueur en plan ou une épaisseur réelle. | | Oublier le recouvrement minimal de l’armature (2 cm) | Le recouvrement assure la protection contre la corrosion et la transmission d’effort. | Corrosion prématurée, fissuration du béton. | Vérifier chaque barre sur le plan : distance entre la face du béton et la barre ≥ 20 mm. | | Dessiner les gaines avec un trait simple au lieu d’un trait double ou hachuré | Le trait double/hachuré indique la présence d’un conduit pouvant contenir un câble. | Ambiguïté pour le ferrailleur ou le coffreur → oubli de la gaine. | Utiliser la convention normalisée (ISO 128‑20) : deux traits parallèles ou hachure 45°. | | Inverser les sens des forces de précontrainte (flèche vers le béton au lieu de loin du béton) | La flèche doit indiquer la direction de la force exercée par le câble sur le béton (compression). | Interprétation erronée des efforts, risque de sous‑dimensionnement. | Toujours placer la flèche sortant de la gaine et pointant vers le béton, accompagnée de la valeur de P. | | Négliger la zone d’ancrage minimale (10 × φ) | Cette zone permet de transférer la force sans éclatement du béton. | Fissuration aux extrémités de la gaine, perte de précontrainte. | Sur le plan, représenter un trait épais ou une note indiquant « zone d’ancrage ≥ 10 × φ ». | | Omettre les cotes de niveau d’eau (NEM, NEM‑min) dans un réservoir | Ces niveaux sont essentiels pour le dimensionnement de la pompe et la sécurité de débordement. | Risque de débordement ou de pompage à sec. | Ajouter systématiquement deux lignes horizontales labelées NEM et NEM‑min, avec leurs valeurs en mètres par rapport au fond. | --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | **Armature** | Ensemble de barres d’acier disposées dans le béton pour résister à la traction. | | **Coffrage** | Moule temporaire qui donne la forme souhaitée au béton frais. | | **Cote de recouvrement** | Distance minimale entre la surface du béton et l’armature la plus proche. | | **Gaine** | Conduit (souvent en plastique ou en métal) placé dans le béton pour recevoir un câble de précontrainte. | | **Jauge** | Instrument de mesure du niveau d’eau dans un réservoir. | | **Longueur de développement** | Longueur minimale nécessaire pour qu’une barre d’acier développe sa résistance à l’adhérence avec le béton. | | **NEM** | Niveau d’Eau Maximale, hauteur maximale d’eau autorisée dans un réservoir. | | **NEM‑min** | Niveau d’Eau Minimal, hauteur minimale d’eau permettant le fonctionnement sûr des équipements. | | **Post‑tension** | Procédé de précontrainte où les câbles sont tendus après le durcissement du béton. | | **Pré‑tension** | Procédé de précontrainte où les câbles sont tendus avant le coulage du béton. | | **Précontrainte** | Technique consistant à introduire une contrainte de compression dans le béton avant la mise en service. | | **Radier** | Semelle de fondation répartissant les charges sur le sol. | | **Treillis soudé** | Armature formée par des barres d’acier soudées en maillage régulier. | | **Vanne de régulation** | Dispositif permettant de contrôler le débit d’entrée ou de sortie d’un réservoir. | | **Zone d’ancrage** | Longueur de béton nécessaire autour d’un ancrage pour transmettre la force du câble sans rupture. | --- *Fin du cours.*