Chap2 : Implantation

# Chap2 : Implantation ## Définition,matériaux et matériels utilisés **Définition, matériaux et matériels utilisés** #### Introduction Cette leçon présente les concepts fondamentaux de l'implantation dans le domaine de la construction. Nous allons découvrir ce qu'est l'implantation, pourquoi elle est cruciale, et quels sont les matériaux et matériels couramment utilisés pour la réaliser sur un chantier. Une bonne compréhension de l'implantation est essentielle pour garantir la précision et la conformité de tout projet de construction. #### Concepts Clés ##### Qu'est-ce que l'Implantation ? L'implantation est l'opération qui consiste à transposer, sur le terrain, les informations (dimensions, emplacements, niveaux) figurant sur les plans d'un ouvrage. C'est la première étape physique de la construction, où l'on matérialise l'emplacement exact et les dimensions de la future structure. Elle garantit que l'ouvrage sera construit au bon endroit, avec les bonnes dimensions et orientations. * **Objectif principal:** Assurer que la construction respecte les dimensions, l'emplacement et les niveaux définis dans les plans architecturaux et d'exécution. * **Importance:** Une implantation précise est cruciale pour éviter des erreurs coûteuses, des retards de chantier et des problèmes structurels futurs. Elle sert de guide pour toutes les étapes ultérieures de la construction. ##### Matériaux Utilisés pour l'Implantation Pour réaliser une implantation, divers matériaux simples sont nécessaires pour marquer et délimiter les repères sur le terrain. * **Piquets (ou Jalons):** Des tiges de bois ou de métal, souvent pointues, enfoncées dans le sol pour marquer des points clés (coins de bâtiment, axes, points de référence). Les jalons peuvent être munis de mires graduées. * **Cordeaux (ou Lignes):** Des fils solides (nylon, sisal) tendus entre les piquets pour matérialiser les axes, les alignements et les contours des éléments à construire (fondations, murs). * **Planchettes d'Implantation (ou Chevilles):** De petites planches en bois fixées aux piquets ou au sol, sur lesquelles on peut tracer des repères précis (clous, traits de scie) pour les alignements et les niveaux. * **Peinture en Aérosol / Craie de Traçage:** Utilisée pour des marquages temporaires au sol, par exemple pour délimiter les zones de fouille ou les emplacements des réseaux. * **Clous / Vis:** Petits repères fixes insérés dans les planches d'implantation ou directement dans des piquets pour des points très précis. * **Mire:** Règle graduée utilisée avec un instrument de niveau pour mesurer les différences d'altitude. ##### Matériels Utilisés pour l'Implantation Pour effectuer des mesures précises et reporter les informations des plans sur le terrain, des instruments spécifiques sont indispensables. * **Décamètre / Mètre-ruban:** Instruments de mesure de distance, généralement en acier ou en fibre de verre, de différentes longueurs (5m, 20m, 50m, 100m). * **Niveau à Bulle (ou Niveau Maçon):** Utilisé pour vérifier l'horizontalité ou la verticalité sur de courtes distances. Il peut être intégré à une règle ou à un niveau optique. * **Niveau Optique (ou Niveau de Chantier):** Instrument qui, associé à une mire, permet de mesurer les différences d'altitude entre plusieurs points. Il est monté sur un trépied et doit être calé horizontalement. La lecture de la mire donne la hauteur du point par rapport à la ligne de visée horizontale de l'instrument. * **Théodolite:** Instrument de topographie utilisé pour mesurer les angles horizontaux et verticaux. Il est essentiel pour l'orientation et l'alignement précis des éléments de construction. Certains théodolites peuvent également mesurer les distances. * **Station Totale:** C'est un instrument électronique moderne qui combine les fonctions d'un théodolite (mesure d'angles) et d'un distancemètre électronique. Elle permet de mesurer simultanément les angles, les distances et de calculer les coordonnées 3D des points avec une grande précision. Elle peut souvent être connectée à un ordinateur pour le transfert de données. * **GPS de Chantier (ou Système GNSS):** Utilisé pour le positionnement précis de points sur de grandes surfaces. Il reçoit les signaux de satellites pour déterminer les coordonnées géographiques d'un point avec une grande exactitude. * **Fil à Plomb / Niveau Laser:** Le fil à plomb est utilisé pour vérifier la verticalité. Le niveau laser projette un faisceau lumineux (point, ligne ou plan) pour des alignements horizontaux, verticaux ou des reports de niveaux. * **Equerre Optique:** Instrument simple pour implanter des angles droits rapidement sur le terrain. #### Vocabulaire * **Implantation:** Transposition des plans sur le terrain. * **Piquet (Jalon):** Élément en bois ou métal pour marquer un point sur le terrain. * **Cordeau:** Fil tendu pour matérialiser un alignement. * **Planchette d'implantation:** Planchettes repérant l'axe de la construction pour reporter les points précis. * **Niveau optique:** Instrument servant à mesurer les différences d'altitude. * **Théodolite:** Instrument pour mesurer les angles horizontaux et verticaux. * **Station totale:** Instrument électronique combinant mesure d'angles et de distances pour des coordonnées 3D. * **Décamètre:** Ruban de mesure de grande longueur. * **Altitudes (Niveaux):** Hauteurs des points par rapport à une surface de référence. * **Repère:** Point fixe et identifiable servant de référence. #### Exemples 1. **Implantation des fondations d'une maison:** * À partir d'un point de référence (bornes du terrain, coin existant), on utilise le décamètre et le théodolite (ou la station totale) pour localiser les coins du futur bâtiment. * Des piquets sont enfoncés à ces points, et des cordeaux sont tendus entre eux pour délimiter les contours extérieurs des fondations. * Des planches d'implantation sont placées à l'extérieur des futurs murs pour y fixer des clous marquant l'axe des murs, permettant de retirer les cordeaux pour le terrassement et de les retendre ensuite précisément. * Le niveau optique est ensuite utilisé pour s'assurer que le fond de fouille ou le dessus des fondations sera à l'altitude correcte. 2. **Report de niveau pour une dalle:** * Avec un niveau optique placé sur un point connu (ou une référence arbitraire), on relève la lecture sur une mire posée sur ce point. C'est la lecture arrière (LR). * On déduit la hauteur de l'instrument (HI): \( HI = Altitude_{pointconnu} + LR \). * Pour implanter le niveau de la future dalle, on calcule la lecture de mire (LF) nécessaire pour cette altitude: \( LF = HI - Altitude_{dalle} \). * On déplace la mire sur la zone de la dalle et on indique aux ouvriers d'ajouter ou d'enlever de la matière jusqu'à ce que la lecture sur la mire corresponde à \( LF \). #### Exercices 1. Définissez l'implantation et expliquez en quoi elle est une étape cruciale dans la construction. 2. Citez au moins trois matériaux et trois matériels différents utilisés pour réaliser une implantation. 3. Quel instrument est idéal pour mesurer avec précision les angles horizontaux et verticaux sur un chantier ? 4. Décrivez comment vous utiliseriez des piquets et des cordeaux pour délimiter l'emprise au sol d'un bâtiment rectangulaire de 10m sur 6m. 5. Pourquoi est-il important de vérifier les niveaux lors d'une implantation ? #### Devoirs 1. Recherchez et expliquez en quelques lignes la principale différence entre un théodolite et une station totale. Quels sont les avantages de la station totale ? 2. Dessinez un schéma simple montrant la mise en place de planches d'implantation pour un coin de bâtiment, avec les piquets, les cordeaux et le repère d'angle. 3. Imaginez que vous devez implanter l'axe d'un mur parallèle à un mur existant, à une distance de 3 mètres. Quels instruments et matériaux utiliserez-vous ? Décrivez les étapes principales de l'opération. #### Résumé L'implantation est la première étape fondamentale et indispensable de tout projet de construction, permettant de transférer avec précision les plans sur le terrain. Elle repose sur l'utilisation combinée de matériaux simples comme les piquets, les cordeaux et les planches, ainsi que d'instruments de mesure sophistiqués tels que le décamètre, le niveau optique, le théodolite et la station totale. Une implantation correcte et rigoureuse est la garantie d'une construction conforme aux exigences, évitant ainsi les erreurs coûteuses et les problèmes futurs. La maîtrise des techniques et des outils d'implantation est donc essentielle pour tout professionnel du bâtiment. ## Différents points de repère ### Introduction L'implantation est une étape cruciale dans tout projet de construction ou d'aménagement. Elle consiste à transposer sur le terrain les informations d'un plan. Pour réaliser cette tâche avec précision, il est indispensable de s'appuyer sur des **points de repère**. Ces points sont des références fixes et connues qui guident toutes les opérations d'implantation, assurant ainsi que la structure sera construite au bon endroit et à la bonne altitude. Cette leçon vous introduira aux différents types de points de repère et à leur utilisation. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'un point de repère ? Un point de repère est un point physique ou virtuel dont la position (horizontale et/ou verticale) est connue avec une grande précision. Il sert de base pour toutes les mesures et le positionnement des éléments d'un ouvrage. #### Types de points de repère Les points de repère peuvent être classés selon leur nature (horizontal ou vertical) et leur origine (connu ou arbitraire). ##### 1. Points de repère horizontaux Ces points définissent la position en plan (coordonnées X, Y) des ouvrages. Ils permettent de situer l'implantation sur le terrain. ###### a. Points connus (Points d'appui) Ce sont des points dont les coordonnées sont établies par des organismes spécialisés et sont rattachés à un système de coordonnées national ou international. Ils offrent la plus grande fiabilité. * **Points géodésiques :** Bornes ou signaux matérialisant un réseau géodésique. Leurs coordonnées sont déterminées avec une très haute précision par triangulation ou GPS. * **Bornes cadastrales :** Points marquant les limites de propriétés, dont les coordonnées sont généralement moins précises que les points géodésiques mais suffisantes pour des limites parcellaires. * **Points du Système de Positionnement Global (GPS) :** Utilisation de récepteurs GPS pour déterminer des coordonnées en se basant sur les signaux des satellites. ###### b. Points arbitraires Ce sont des points mis en place spécifiquement pour un projet et dont les coordonnées sont définies par rapport à un point connu ou un système local. Ils sont temporaires ou permanents selon l'usage. * **Piquets :** Simples pieux en bois ou en métal enfoncés dans le sol, souvent utilisés pour marquer des points temporaires ou des axes. * **Chaises d'implantation (ou chaises d'alignement) :** Petites structures en bois composées de deux piquets et une traverse horizontale. Elles sont placées en dehors de la zone de travail pour ne pas être déplacées. Elles permettent de matérialiser un axe ou une ligne de référence et d'y reporter des mesures d'altitude. * **Clous ou repères peints :** Pour des points très précis sur des surfaces dures (béton, enrobé). ##### 2. Points de repère verticaux (Niveaux de référence) Ces points définissent l'altitude (coordonnée Z) des ouvrages. Ils sont essentiels pour garantir les pentes, les niveaux de plancher et les hauteurs d'éléments. ###### a. Niveaux connus Ce sont des points dont l'altitude est rattachée à un système de référence altimétrique national (par exemple, le Nivellement Général de la France, NGF). * **Repères de nivellement (RN) :** Clous ou marques scellées dans des ouvrages durables (ponts, bâtiments, murs) dont l'altitude est connue avec précision par rapport au NGF. Ils sont relevés et entretenus par des services comme l'IGN. * **Point Zéro (0.00) :** Souvent un niveau de référence choisi arbitrairement pour un projet (par exemple, le niveau du rez-de-chaussée fini) auquel toutes les autres altitudes du projet seront rattachées (positivement ou négativement). ###### b. Niveaux arbitraires Ils sont établis localement pour les besoins du chantier, souvent par rapport à un point connu ou à un niveau zéro local. * **Repères de chantier :** Marquez sur des piquets, des chaises, ou des éléments existants (mur, trottoir) dont l'altitude est déterminée par rapport à un RN ou un niveau arbitraire initial. #### Précision et Vérification La précision des points de repère est primordiale. Toute erreur dans leur positionnement se répercutera sur l'ensemble de l'ouvrage. Il est donc crucial de : * Choisir des points stables et durables. * Vérifier régulièrement leur positionnement, surtout après des mouvements de terrain ou des intempéries. * Utiliser des instruments de mesure adaptés et calibrés. ### Vocabulaire * **Implantation :** Opération consistant à reporter sur le terrain les dimensions et la position d'un ouvrage prévues sur un plan. * **Point de repère :** Point de référence dont la position ou l'altitude est connue et utilisée pour l'implantation. * **Borne géodésique :** Repère matérialisant un point dont les coordonnées sont très précisément déterminées dans un système géodésique. * **Chaise d'implantation :** Dispositif en bois ou métal utilisé pour matérialiser et maintenir des alignements et des niveaux de référence sur un chantier. * **NGF (Nivellement Général de la France) :** Système de référence altimétrique officiel en France, avec comme origine le niveau moyen de la mer à Marseille. * **Repère de nivellement (RN) :** Point physique (clou, scellement) dont l'altitude est connue par rapport au NGF. * **Nivellement :** Ensemble d'opérations visant à déterminer des différences d'altitude entre des points, ou l'altitude absolue de points par rapport à une référence. ### Exemples #### 1. Implantation d'un grand bâtiment Pour un grand bâtiment, l'ingénieur topographe se raccordera à des **bornes géodésiques** ou des **points d'appui GPS** pour définir la position en plan (X, Y) du projet. Des **repères de nivellement (RN)** seront utilisés pour établir le niveau de référence (Z) du rez-de-chaussée. À partir de ces points connus, des **chaises d'implantation** seront installées sur la périphérie du chantier pour marquer les axes principaux du bâtiment et les niveaux clés. #### 2. Construction d'un mur de clôture Pour un simple mur de clôture, les propriétaires peuvent utiliser des **bornes cadastrales** si elles sont présentes et fiables. Sinon, ils pourront définir des **piquets** aux extrémités du mur et utiliser une corde tendue pour l'alignement. Le niveau sera établi soit par rapport à un point existant (par exemple, le niveau du terrain naturel) en utilisant un niveau à bulle ou un niveau laser, soit par rapport à un **repère de chantier** qu'ils auront eux-mêmes déterminé. #### 3. Contrôle des niveaux de plancher Lors de la construction des étages d'un immeuble, un **niveau de référence (0.00)** est établi au rez-de-chaussée, souvent rattaché à un RN. Tous les niveaux des dalles, poutres et planchers supérieurs seront ensuite mesurés à partir de ce 0.00. Par exemple, une dalle au 1er étage pourrait être à \( +3.20 \text{ m} \) par rapport au 0.00 du rez-de-chaussée. ### Exercices 1. Expliquez la différence principale entre un point de repère "connu" et un point de repère "arbitraire". 2. Pourquoi est-il important de placer les chaises d'implantation en dehors de la zone de fouille ? 3. Quel est l'intérêt d'utiliser le NGF pour définir les altitudes d'un projet ? 4. Donnez deux exemples d'instruments que l'on pourrait utiliser pour reporter un niveau d'une chaise d'implantation à un point sur le sol. ### Devoirs 1. Imaginez que vous devez implanter une petite cabane de jardin. Décrivez les étapes pour établir les points de repère horizontaux et verticaux nécessaires, en précisant les outils et les types de repères que vous utiliseriez. Justifiez vos choix. 2. Recherchez dans votre commune s'il existe des bornes géodésiques ou des repères de nivellement. Si oui, où sont-ils généralement situés et à quoi servent-ils ? 3. Un plan indique qu'une dalle doit être à l'altitude \( 125.45 \text{ m} \) NGF. Sur le chantier, vous avez un repère de nivellement à \( 124.90 \text{ m} \) NGF. Quelle est la différence d'altitude entre le repère et la dalle ? Que signifie une altitude de \( -0.55 \text{ m} \) par rapport à votre repère de nivellement pour une future semelle de fondation ? ### Résumé Les points de repère sont les fondations invisibles de tout projet de construction. Ils sont essentiels pour garantir la précision de l'implantation, tant en position horizontale qu'en altitude verticale. On distingue les points connus (géodésiques, RN) qui offrent une référence fiable et les points arbitraires (piquets, chaises) créés pour les besoins spécifiques du chantier. Une bonne compréhension et une utilisation rigoureuse de ces points sont la clé de la réussite d'une implantation, permettant de minimiser les erreurs et d'assurer la conformité de l'ouvrage avec les plans. Toujours privilégier la stabilité et la vérification régulière des repères pour éviter des erreurs coûteuses. ## Les broches ### Introduction Dans le domaine des procédés de réalisation, l'**implantation** et l'**assemblage** précis des différentes pièces sont essentiels pour garantir la qualité et la fonctionnalité d'un ouvrage. Les broches jouent un rôle fondamental dans ces étapes. Ce chapitre vous fera découvrir ce que sont les broches, leurs différentes applications, et comment elles sont utilisées pour assurer un positionnement et un assemblage corrects des composants. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'une broche ? Une broche est un élément de liaison mécanique, généralement de forme cylindrique ou conique, utilisé pour **positionner**, **aligner**, **assembler** ou **fixer** des pièces entre elles. Elle est insérée dans des trous préalablement percés dans les pièces à assembler. Son rôle principal est d'empêcher le mouvement relatif des pièces dans certaines directions ou de maintenir leur alignement. #### Rôles et fonctions des broches * **Positionnement et centrage :** Les broches sont souvent utilisées pour positionner avec précision deux ou plusieurs pièces l'une par rapport à l'autre avant un assemblage définitif (soudure, boulonnage, vissage). Elles garantissent que les trous ou les caractéristiques des pièces s'alignent parfaitement. \( \text{Précision de positionnement} = \pm 0.05 \text{ mm} \) est un exemple de tolérance courante. * **Assemblage non permanent :** Certaines broches (comme les goupilles) permettent de solidariser des pièces de manière démontable, facilitant ainsi la maintenance ou le remplacement des composants. * **Assemblage permanent (ou semi-permanent) :** D'autres broches, insérées à force ou avec un ajustement serré, créent des assemblages robustes et durables. * **Transmission d'efforts :** Dans certains cas, les broches peuvent transmettre des efforts de cisaillement ou empêcher la rotation relative de pièces. #### Types de broches Il existe une grande variété de broches, chacune adaptée à des usages spécifiques : ##### Broches cylindriques lisses * Utilisées pour le positionnement précis. Elles sont souvent rectifiées pour des tolérances très fines. * Peuvent être insérées avec un ajustement glissant ou serré. ##### Broches coniques * Offrent un excellent centrage et une fixation robuste grâce à leur conicité qui permet un blocage par coincement. * Faciles à démonter avec un outil approprié (chasse-goupille). ##### Goupilles * **Goupilles fendues :** Utilisées pour bloquer des écrous ou des axes, les branches sont écartées après insertion pour empêcher le retrait. * **Goupilles élastiques (ou mécanindus) :** Elles sont fendues sur toute leur longueur et ont un diamètre légèrement supérieur au trou. Elles se serrent par élasticité dans le trou, offrant un bon maintien et absorbant les vibrations. * **Goupilles cannelées :** Elles possèdent des cannelures longitudinales qui s'incrustent dans le matériau du trou, assurant un maintien ferme. ##### Chevilles (en bois ou en plastique) * Souvent utilisées en menuiserie pour assembler des pièces de bois ou pour fixer des éléments dans des matériaux muraux (briques, parpaings). #### Matériaux des broches Les broches sont fabriquées dans divers matériaux en fonction de l'application : * **Acier (trempé ou non) :** Très courant pour sa résistance mécanique, sa dureté et sa durabilité. L'acier inoxydable est utilisé pour la résistance à la corrosion. * **Bois :** Pour les assemblages en menuiserie (chevilles). * **Plastique :** Pour des applications légères, non conductrices ou lorsque la résistance à la corrosion est primordiale à faible coût. #### Mise en œuvre des broches L'installation des broches nécessite souvent une attention particulière : * **Préparation des trous :** Les trous doivent être percés avec la bonne dimension et une bonne précision (respect des tolérances). Un **alésage** peut être nécessaire pour obtenir une finition de trou très précise. * **Ajustement :** Il est crucial de choisir le bon type d'ajustement (serré, glissant, libre) en fonction du rôle de la broche. Un ajustement serré signifie que le diamètre de la broche est légèrement supérieur à celui du trou, nécessitant une presse ou un marteau pour l'insertion. * **Outillage :** Marteau, presse, chasse-goupille, alésoir, mandrin de perçage. ### Vocabulaire * **Broche :** Élément cylindrique ou conique servant à positionner, aligner ou assembler des pièces. * **Goupille :** Type de broche spécifique, souvent utilisée pour des assemblages démontables ou des sécurisations. * **Ajustement serré :** Assemblage où la broche a un diamètre légèrement supérieur au trou, nécessitant une force pour l'insertion et assurant un maintien ferme. * **Ajustement glissant :** Assemblage où la broche peut glisser librement dans le trou, idéal pour le positionnement sans blocage. * **Tolérance :** Marge d'erreur acceptable dans les dimensions d'une pièce. Exemple : \( \text{H7/g6} \) pour un ajustement. * **Alésage :** Opération d'usinage qui consiste à élargir et à finir un trou avec une grande précision dimensionnelle et géométrique. * **Centrage :** Action de placer une pièce avec précision par rapport à une autre. * **Cheville :** Broche en bois ou en plastique, souvent utilisée pour la menuiserie ou la fixation murale. ### Exemples pratiques 1. **Assemblage de deux plaques métalliques :** Avant de souder deux plaques, des broches cylindriques sont insérées dans des trous pour garantir un alignement parfait des bords. Elles sont retirées après le pointage (premières soudures) ou laissées si l'assemblage doit être permanent. 2. **Fixation d'une roue sur un axe :** Une goupille fendue peut être utilisée pour empêcher l'écrou de se desserrer ou la roue de glisser de l'axe, même si l'axe est soumis à une force latérale \( F_L \). 3. **Positionnement d'un gabarit de perçage :** Des broches de centrage sont fixées sur une base et servent à positionner un gabarit de perçage sur une pièce à usiner, assurant que tous les trous seront percés aux bons endroits. 4. **Assemblage de meubles en bois :** Des chevilles en bois sont insérées dans des trous pré-percés pour renforcer les jonctions entre deux planches, souvent avec de la colle pour une solidité accrue. ### Exercices 1. Définissez avec vos propres mots ce qu'est une broche et quel est son rôle principal. 2. Expliquez la différence entre un ajustement serré et un ajustement glissant lors de l'insertion d'une broche. 3. Citez trois types de broches et donnez un exemple d'application pour chacune d'elles. 4. Pourquoi est-il important de respecter les tolérances lors du perçage des trous destinés à recevoir des broches ? 5. Quels outils peut-on utiliser pour insérer une broche dans un trou avec un ajustement serré ? ### Devoirs 1. **Recherche :** Choisissez un domaine industriel (automobile, aéronautique, mobilier...) et identifiez au moins deux applications spécifiques des broches qui n'ont pas été mentionnées dans ce cours. Décrivez leur rôle et le type de broche utilisé. 2. **Schéma :** Dessinez à main levée une goupille fendue et une goupille élastique. Indiquez leurs principales caractéristiques et expliquez comment elles fonctionnent. 3. **Analyse :** Imaginez un assemblage de deux pièces où une broche conique est utilisée. Expliquez les avantages de la broche conique par rapport à une broche cylindrique lisse pour cet assemblage. 4. **Calcul de tolérance (simplifié) :** Si un trou a un diamètre nominal de \( 10 \text{ mm} \) avec une tolérance de \( \text{H7} \) (diamètre minimal \( 10.000 \text{ mm} \), diamètre maximal \( 10.015 \text{ mm} \)), et une broche doit avoir un ajustement serré avec une tolérance de \( \text{p6} \) (diamètre minimal \( 10.022 \text{ mm} \), diamètre maximal \( 10.035 \text{ mm} \)), calculez le jeu ou le serrage maximal et minimal possible entre la broche et le trou. * \( \text{Serrage maximal} = \text{Diamètre maximal broche} - \text{Diamètre minimal trou} \) * \( \text{Serrage minimal} = \text{Diamètre minimal broche} - \text{Diamètre maximal trou} \) ### Résumé Les broches sont des éléments cruciaux dans les procédés de réalisation, servant principalement au **positionnement précis**, à l'**alignement** et à l'**assemblage** de pièces. Elles se présentent sous diverses formes (cylindriques, coniques, goupilles) et matériaux (acier, bois, plastique), chacun adapté à des exigences spécifiques. Leur mise en œuvre requiert une **précision** dans le perçage des trous et le choix de l'**ajustement** approprié. Maîtriser l'utilisation des broches est fondamental pour assurer la qualité, la fiabilité et la fonctionnalité des assemblages mécaniques et structurels.