Réalisation des ouvrages en béton armé (partie 1/4)

## Objectifs et prérequis **À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :** - Définir les termes techniques liés au béton armé (pavé, dalette, poutre, linteau, appui de fenêtre, coffrage, ferraillage). - Réaliser le dosage du béton adapté à chaque ouvrage en respectant les normes camerounaises (NC B 03‑01, NC B 03‑02). - Mettre en œuvre les étapes de préfabrication (pavé/dalette, poutre/linteau/appui) et de mise en place sur chantier (coffrage, ferraillage, coulage). - Appliquer les règles de sécurité et d’hygiène sur un atelier de préfabrication ou un chantier de construction. - Contrôler la qualité des ouvrages (dimensions, aspect, résistance à la compression) à l’aide d’essais simples. **Prérequis :** - Notions de résistance des matériaux (contraintes, déformations, module d’élasticité). - Connaissance des constituants du béton (ciment, granulats, eau, adjuvants) et de leur rôle. - Lecture de plans simples (coupes, élévations) et utilisation d’outils de mesure (mètre ruban, niveau à bulle, équerre). - Respect des consignes de base en atelier (port des EPI, maintien de l’ordre). --- ## Introduction contextualisée Dans le secteur de la construction au Cameroun, la préfabrication d’éléments en béton armé permet de gagner en rapidité, en qualité et en sécurité sur les chantiers, notamment dans les zones urbaines où les délais sont serrés. Les pavés et dalettes sont largement utilisés pour les revêtements de voirie, les cours intérieures et les trottoirs. Les poutres, linteaux et appuis de fenêtre constituent les éléments structuraux de base des bâtiments à un ou plusieurs étages. Le coffrage et le ferraillage sur place restent indispensables lorsqu’il faut réaliser des ouvrages de dimensions spécifiques ou lorsqu’une préfabrication n’est pas économiquement viable. Ce chapitre présente, de façon progressive, les procédés de mise en œuvre de ces trois familles d’ouvrages, en s’appuyant sur les référentiels du MINESEC/IGE et sur les bonnes pratiques observées dans les ateliers de Yaoundé, Douala et Bafoussam. --- ## I. Leçon 6 pratique : TP Préfabrication d’un pavé ou d’une dalette en béton armé ### 6.1 Notions de base - **Pavé** : élément de forme généralement carrée ou rectangulaire, épaisseur 6 – 10 cm, destiné au revêtement de sols soumis à des charges légères à moyennes. - **Dalette** : élément plus épais (10 – 15 cm), souvent utilisé pour les bordures ou les zones de circulation lourde. - **Béton armé** : mélange de ciment, granulats, eau et armature (treillis soudé ou barres) permettant de résister à la traction. > La résistance caractéristique à la compression du béton pour un pavé ou une dalette doit être ≥ 25 MPa (classe C25/30) selon la NC B 03‑01. ### 6.2 Matériaux et dosage | Constituant | Proportion (kg) pour 1 m³ de béton C25/30 | Remarque | |-------------|-------------------------------------------|----------| | Ciment CEM II/A‑L 32,5 | 350 | Fournit la résistance initiale | | Sable (0/4) | 650 | Granulats fins | | Gravier (4/20) | 1150 | Granulats grossiers | | Eau | 175 L | Eau/ciment ≈ 0,5 | | Adjuvant plastifiant (optionnel) | 5 ml | Améliore l’ouvrabilité | | Armature (treillis soudé Ø6 mm, maille 15 cm) | ≈ 3 kg/m² | Renforce la traction | **Exemple de dosage pour un lot de 0,05 m³ (environ 25 pavés de 20 × 20 × 8 cm) :** - Ciment : 350 × 0,05 = **17,5 kg** - Sable : 650 × 0,05 = **32,5 kg** - Gravier : 1150 × 0,05 = **57,5 kg** - Eau : 175 × 0,05 = **8,75 L** - Treillis : 3 kg/m² × (0,05 m³ / épaisseur 0,08 m) ≈ **1,9 kg** (à couper en bandes adaptées). ### 6.3 Étapes de fabrication (atelier) 1. **Préparation du moule** : utiliser des moules en acier ou en plastique aux dimensions voulues, appliquer un agent de démoulage (huile de lin diluée). 2. **Dosage** : peser les constituants selon le tableau ci-dessus, mélanger à sec dans une bétonnière pendant 1 min. 3. **Ajout de l’eau** : verser l’eau progressivement tout en mélangeant jusqu’à obtenir une consistance plastique (affaissement de 7 – 9 cm au cône d’Abrams). 4. **Incorporation de l’armature** : placer le treillis soudé au centre du moule, s’assurer d’un enrobage minimal de 15 mm. 5. **Coulage** : verser le béton, vibrer légèrement avec une aiguille vibrante (fréquence 50 Hz) pendant 10‑15 s pour éliminer les bulles d’air. 6. **Lissage** : égaliser la surface à l’aide d’une taloche en bois ou en plastique. 7. **Cure** : couvrir les éléments d’une bâche plastique ou d’un film de cure pendant 24 h, puis arroser légèrement 2 fois/jour pendant 7 jours. 8. **Démoulage** : après 24 h, retirer délicatement le moule, inspecter les défauts (bullage, manque d’enrobage). ### 6.4 Contrôle qualité et sécurité - **Contrôle dimensionnel** : vérifier longueur, largeur, épaisseur avec un pied à coulisse (tol ± 2 mm). - **Essai de compression** : prélever un cube de 10 cm, le soumettre à une presse après 28 j, la résistance doit être ≥ 25 MPa. - **Sécurité** : porter lunettes de protection, gants anti‑coupure, masque anti‑poussière lors du maniement du ciment; maintenir le poste de travail dégagé pour éviter les chutes; utiliser des chaussures de sécurité avec embout acier. > Toute manipulation de ciment sec nécessite un masque filtrant (FFP2) pour éviter l’inhalation de poussières alcalines. --- ## II. Leçon 10 pratique : TP préfabrication d’une poutre, d’un linteau ou d’un appui de fenêtre en béton armé ### 7.1 Notions de base - **Poutre** : élément horizontal porteur, généralement de section rectangulaire (ex. 20 × 30 cm), destiné à reprendre les charges des dalles ou des planchers. - **Lintel (ou linteau)** : élément placé au-dessus d’une ouverture (porte, fenêtre) pour reprendre la maçonnerie au-dessus. - **Appui de fenêtre** : élément de soutien sous l’appui d’une fenêtre, souvent de section réduite (15 × 20 cm). > La classe de béton recommandée pour ces éléments est C30/37 (résistance caractéristique ≥ 30 MPa) afin de garantir une bonne capacité en flexion. ### 7.2 Armature et principes de calcul simplifié Pour une poutre simplement appuyée de portée L, soumise à une charge uniformément répartie w (kN/m), le moment fléchissant maximal est : \[ M_{max}= \frac{wL^{2}}{8} \] La zone de traction nécessite une armature inférieure dont la section d’acier \(A_s\) est donnée par : \[ A_s = \frac{M_{max}}{0,87 f_{yk} z} \] où : - \(f_{yk}\) = limite d’élasticité de l’acier (N/mm²), généralement 400 N/mm² pour le ferraillage B400 (ou 500 N/mm² pour B500B). - \(z\) = bras de levier ≈ 0,9 d (d = hauteur utile de la section). **Exemple chiffré** : poutre de portée L = 4 m, section 20 × 30 cm, charge w = 15 kN/m (charge permanente + d’exploitation). - \(M_{max}= \frac{15 \times 4^{2}}{8}=30\;kN·m = 30\times10^{6}\;N·mm\). - Hauteur utile d = 30 cm – 2 cm – 0,8 cm = 27,2 cm = 272 mm. - Bras de levier z ≈ 0,9 d ≈ 0,9 × 272 mm ≈ 245 mm. - \(A_s = \frac{30\times10^{6}}{0,87 \times 400 \times 245}= \frac{30\times10^{6}}{85,260}\approx 352\;mm²\). On choisit donc 2 Ø16 mm (A_s = 2 × 201 = 402 mm²) légèrement surdimensionné pour faciliter la mise en place. ### 7.3 Étapes de préfabrication (atelier) 1. **Fabrication du moule** : moule en acier réglable, intérieur lisse, avec des inserts pour placer les armatures. 2. **Préparation de l’armature** : couper les barres longitudinales (inférieures et supérieures) selon le calcul, ajouter des étrier Ø8 mm tous les 15 cm pour résister au cisaillement. 3. **Positionnement de l’armature** : placer les barres inferiores à 2 cm du fond du moule (enrobage), les barres supérieures à 2 cm du haut, attacher les étriers avec du fil de fer. 4. **Dosage du béton** : suivre le tableau de la leçon 6, mais augmenter la proportion de ciment à 380 kg/m³ pour atteindre C30/37 (eau/ciment ≈ 0,45). 5. **Coulage et vibration** : verser le béton en couches de 10 cm, vibrer chaque couche avec une aiguille vibrante (fréquence 50 Hz, amplitude 2 mm) pendant 10‑15 s. 6. **Lissage et finition** : égaliser la surface supérieure à l’aide d’une règle de maçon, réaliser un chanfrein de 2 × 2 mm sur les bords pour éviter l’écaillage. 7. **Cure** : couvrir d’une bâche plastique, maintenir humide pendant 7 jours (aspersion 2 fois/jour). 8. **Démoulage et contrôle** : après 24 h, retirer le moule, vérifier les dimensions (tol ± 3 mm), contrôler l’enrobage avec un calibre d’enrobage, réaliser un essai de compression sur un éprouvette de 10 cm prélevée dans la poutre (résistance ≥ 30 MPa). ### 7.4 Sécurité et hygiène - Utiliser des gants anti‑coupure lors de la manipulation des barres d’acier. - Porter un casque de protection lorsqu’on travaille sous les moules suspendus. - Veiller à la bonne ventilation de l’atelier pour éviter l’accumulation de poussière de ciment. - Ne jamais dépasser la charge nominale de la bétonnière (respecter le manuel du fabricant). > Lors du vibrage, ne pas dépasser 30 s par couche afin d’éviter la ségrégation des granulats. --- ## III. Leçon 12 pratique : TP de coffrage et ferraillage sur place d’une poutre ### 8.1 Objectif du coffrage sur place Réaliser une poutre directement sur le chantier lorsque les dimensions ou les contraintes de transport rendent la préfabrication inadaptée (ex. portée > 6 m, sections variables, intégration avec des murs porteurs). ### 8.2 Matériaux de coffrage - **Planches de bois** (épicéa, sapin) épaisseur 20 mm, traitées contre l’humidité. - **Étais métalliques** ou bois de soutien (section 5 × 5 cm) pour maintenir les panneaux. - **Boulons, écrous, serre-joints** pour le réglage. - **Agent de démoulage** (huile de lin diluée à 10 %). ### 8.3 Ferraillage sur place - Barres longitudinales Ø16 mm (inférieures) et Ø12 mm (supérieures) selon le calcul de flexion. - Étriers Ø8 mm espacés chaque 12 cm (ou selon les normes NC B 03‑03). - Fils de ligature (acier galvanisé) pour attacher les étriers aux barres principales. ### 8.4 Étapes de mise en œuvre 1. **Préparation du sol** : niveler le fond de fouille, poser une couche de gravier compacté (10 cm) pour assurer le drainage. 2. **Montage du coffrage** : - Installer les panneaux latéraux (planches) à la hauteur voulue (ex. 30 cm). - Ajouter les étais tous les 60 cm, vérifier l’aplomb avec un niveau à bulle. - Vérifier l’écart intérieur (lumière) avec un mètre ruban (tol ± 5 mm). 3. **Positionnement de l’armature** : - Placer les barres inferiores sur des cales de plastique (enrobage 2 cm). - Installer les étriers, les ligaturer avec du fil de fer. - Placer les barres supérieures, vérifier l’enrobage supérieur (2 cm). 4. **Application de l’agent de démoulage** : badigeonner l’intérieur du coffrage avec un chiffon imbibé d’huile de lin diluée. 5. **Coulage du béton** : préparer le béton C30/37 (voir tableau leçon 6), le déposer en couches de 15 cm, vibrer chaque couche avec une aiguille vibrante (fréquence 50 Hz) pendant 10‑15 s. 6. **Lissage et finition** : égaliser la surface supérieure à l’aide d’une règle de maçon, réaliser un bord arrondi de 5 mm pour éviter les éclats. 7. **Cure** : couvrir immédiatement la surface avec une bâche plastique, maintenir humide par aspersion 2 fois/jour pendant 7 jours. 8. **Décoffrage** : après 24 h, retirer doucement les étais, puis les panneaux latéraux en commençant par le haut. Nettoyer les planches pour réutilisation. 9. **Contrôle final** : vérifier les dimensions (tol ± 5 mm), contrôler l’enrobage avec un calibre, réaliser un essai de compression sur un éprouvette prélevée dans la poutre (résistance ≥ 30 MPa). ### 8.5 Sécurité sur chantier - Porter un harnais de sécurité lorsqu’on travaille en hauteur sur les étais. - Vérifier la stabilité du coffrage avant chaque coulée (pas de mouvement, pas de jeu). - Utiliser des gants anti‑coupure lors de la manipulation des barres d’acier. - Maintenir un périmètre de sécurité autour de la zone de coulée pour éviter les chutes d’objets. > Le coffrage doit être capable de supporter une pression latérale minimale de 20 kN/m² (pression du béton frais) selon la NC B 03‑04. --- ## Synthèse du chapitre - **Béton armé** : mélange ciment‑granulats‑eau + armature, résistance caractéristique C25/30 pour pavés/dalettes, C30/37 pour poutres/linteaux/appuis. - **Dosage type (pour 1 m³)** : Ciment 350‑380 kg, sable 650 kg, gravier 1150 kg, eau 150‑180 L, adjuvant selon besoin. - **Armature** : treillis soudé pour pavés/dallettes, barres longitudinales + étriers pour poutres, respect de l’enrobage minimal 15‑20 mm. - **Étapes de préfabrication** : préparation du moule → dosage → mise en place de l’armature → coulée → vibration → lissage → cure → démoulage → contrôle. - **Coffrage sur place** : montage de panneaux bois + étais, positionnement de l’armature, agent de démoulage, coulage, vibration, cure, décoffrage, contrôle. - **Contrôle qualité** : vérification dimensionnelle (tol ± 2‑5 mm), essai de compression sur éprouvette 10 cm (résistance ≥ classe spécifiée), contrôle de l’enrobage. - **Sécurité** : EPI (lunettes, gants, masque, casque, harnais), ventilation, respect des charges des équipements, vérification de la stabilité du coffrage. --- ## Glossaire - **Béton armé** : béton armé d’une armature métallique pour résister à la traction. - **Enrobage** : épaisseur de béton recouvrant l’armature, assurant protection contre la corrosion et transmission des efforts. - **Coffrage** : moule temporaire (généralement en bois ou métal) qui donne la forme au béton frais. - **Ferraillage** : mise en place de l’armature (barres, treillis, étriers) dans le béton. - **Vibration** : opération mécanique permettant d’éliminer l’air emprisonné et d’assurer la compacité du béton. - **Cure** : maintien de l’humidité et de la température du béton frais afin d’assurer l’hydratation du ciment. - **Essai de compression** : mesure de la résistance à la compression d’un éprouvette cylindrique ou cubique après un âge donné. - **Classe de béton** : désignation (ex. C25/30) indiquant la résistance caractéristique à la compression en MPa. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Dosage et fabrication d’une dalette **Situation** : Vous devez produire 30 dalettes de dimensions 25 × 25 × 12 cm pour un trottoir. Chaque dalette nécessite un enrobage de 20 mm autour d’un treillis soudé Ø6 mm, maille 15 cm. **Données** : Béton classe C25/30, ciment CEM II/A‑L 32,5, sable 0/4, gravier 4/20, eau/ciment = 0,5. **Demande** : 1. Calculer le volume total de béton nécessaire. 2. Déterminer les quantités de chaque constituant (en kg ou L) pour le lot complet. 3. Décrire brièvement les étapes de fabrication (moule, armature, coulage, cure). **Corrigé** : 1. Volume d’une dalette = 0,25 × 0,25 × 0,12 = 0,0075 m³. Volume total = 30 × 0,0075 = **0,225 m³**. 2. Pour 1 m³ de béton C25/30 : ciment 350 kg, sable 650 kg, gravier 1150 kg, eau 175 L. Multiplier par 0,225 m³ : - Ciment : 350 × 0,225 = **78,75 kg** (arrondi à 79 kg). - Sable : 650 × 0,225 = **146,25 kg** (≈ 146 kg). - Gravier : 1150 × 0,225 = **258,75 kg** (≈ 259 kg). - Eau : 175 × 0,225 = **39,375 L** (≈ 39,5 L). Armature : treillis Ø6 mm, maille 15 cm → surface approximative d’une dalette = 0,25 × 0,25 = 0,0625 m², linéaire de treillis nécessaire ≈ 0,0625 m² × (1/0,15) ≈ 0,417 m de fil Ø6 mm → masse ≈ 0,417 m × 0,22 kg/m ≈ 0,09 kg par dalette → pour 30 dalettes ≈ 2,7 kg d’acier (prévoir 3 kg avec pertes). 3. Étapes : - Préparer des moules en acier aux dimensions 25 × 25 × 12 cm, appliquer agent de démoulage. - Couper le treillis à la taille, le placer au centre du moule en respectant 20 mm d’enrobage (cales plastiques). - Doser les matières selon les quantités ci-dessus, mélanger à sec 1 min, ajouter l’eau progressivement jusqu’à affaissement 7‑9 cm. - Verser le béton, vibrer légèrement 10‑15 s, lisser la surface. - Couvrir d’une bâche plastique, maintenir humide 2 fois/jour pendant 7 jours. - Démouler après 24 h, vérifier dimensions (± 2 mm) et réaliser un essai de compression sur un éprouvette prélevée (résistance ≥ 25 MPa). ### Exercice 2 – Dimensionnement d’une poutre préfabriquée **Situation** : Une poutre simplement appuyée de portée 5 m doit supporter une charge uniformément répartie de 20 kN/m (charge permanente + d’exploitation). On adopte une section rectangulaire 25 × 40 cm (largeur × hauteur). L’acier utilisé est B500B (f_yk = 500 N/mm²). Enrobage = 20 mm. **Données** : - Largeur b = 250 mm, hauteur totale h = 400 mm → hauteur utile d = h – enrobage – Ø/2 (on prendra Ø20 mm pour les barres principales). - Ø20 mm → rayon 10 mm → Ø/2 = 10 mm. **Demande** : 1. Calculer la hauteur utile d et le bras de levier z ≈ 0,9 d. 2. Déterminer le moment fléchissant maximal M_max. 3. Calculer la section d’acier nécessaire A_s (formule simplifiée). 4. Proposer une disposition d’armature (nombre et diamètre de barres). 5. Vérifier que l’enrobage est respecté. **Corrigé** : 1. d = 400 mm – 20 mm – 10 mm = **370 mm**. z ≈ 0,9 × 370 mm = **333 mm**. 2. M_max = wL²/8 = 20 × 5² / 8 = 20 × 25 / 8 = 500 / 8 = **62,5 kN·m** = 62,5 × 10⁶ N·mm. 3. A_s = M_max / (0,87 f_yk z) = 62,5 × 10⁶ N·mm / (0,87 × 500 N/mm² × 333 mm) = 62,5 × 10⁶ / (0,87 × 500 × 333) = 62,5 × 10⁶ / 144 855 ≈ **432 mm²**. 4. Choisir des barres Ø20 mm (A_s = 314 mm² chacune). Deux barres donnent 2 × 314 = 628 mm² > 432 mm² → suffisante. On placera donc **2 Ø20 mm** en inférieur (zone de traction). En compression supérieure, on peut mettre 2 Ø12 mm (A_s = 2 × 113 = 226 mm²) pour respecter l’équilibre et éviter le flambement. 5. Vérification de l’enrobage : - Barres inférieures placées à 20 mm du fond du moule (enrobage respecté). - Barres supérieures à 20 mm du haut (enrobage respecté). - Les étriers Ø8 mm seront posés tous les 12 cm, avec un enrobage de 20 mm également. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Oublier l’agent de démoulage sur le coffrage ou le moule | Accrochage du béton, difficulté de décoffrage, endommagement de l’arête | Toujours badigeonner l’intérieur du moule avec de l’huile de lin diluée (10 %) avant le coulage. | | 2 | Vibration excessive ou insuffisante | Ségrégation des granulats (excès) ou présence de bulles d’air (insuffisance) → réduction de la résistance | Vibrer chaque couche 10‑15 s avec une aiguille vibrante à 50 Hz, arrêter dès que la surface devient brillante et que le béton cesse de se déplacer. | | 3 | Enrobage insuffisant (ex. 10 mm au lieu de 20 mm) | Corrosion prématurée de l’armature, réduction de la durabilité | Utiliser des cales en plastique ou des bouts de bois de épaisseur connue pour garantir l’enrobage minimal spécifié (15‑20 mm selon l’élément). | | 4 | Mauvaise gestion de l’eau de gâchis (eau trop élevée) | Augmentation du rapport E/C, baisse de la résistance, risque de fissures de retrait | Mesurer l’eau avec un récipient gradué, respecter le E/C indiqué dans le dosage (0,45‑0,50 selon la classe). | | 5 | Manque de EPI lors de la manipulation du ciment sec | Inhalation de poussières alcalines, irritation oculaire, dermatite | Porter systématiquement lunettes de protection, masque FFP2, gants anti‑coupure et manches longues lors du pesage et du mélange du ciment. | | 6 | Décoffrage prématuré (avant 24 h) | Déformation ou fissuration du béton encore plastique | Attendre au moins 24 h à température ≥ 10 °C avant de retirer le coffrage ; vérifier la dureté par essai de pointeau si nécessaire. |