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

## Objectifs et prérequis **À la fin de ce cours, l’élève sera capable de :** - Réaliser le coffrage et le ferraillage d’un escalier sur place en respectant les étapes de mise en place, les règles de sécurité et les tolérances dimensionnelles. - Réaliser le coffrage et le ferraillage d’une dalle pleine de plancher, incluant la mise en œuvre du béton, le vibrage et la cure. - Lire et interpréter un plan de coffrage et un plan de ferraillage (échelles, symboles, cotations). - Calculer le volume de béton nécessaire et la quantité d’acier d’armature pour un escalier droit et une dalle pleine. - Appliquer les normes de sécurité (port des EPI, interdiction de travailler sous charge, vérification des étais) et d’hygiène sur chantier. **Prérequis :** - Connaissances de base en résistance des matériaux (contraintes de traction, compression, flexion). - Lecture de plans d’exécution (échelle, coupes, vues). - Notions de coffrage traditionnel (planches, contreplaqué, étais métalliques). - Notions de ferraillage (types d’acier, espacements, recouvrement). - Règles de sécurité générale en atelier et sur chantier (port du casque, gants, chaussures de sécurité). --- ## Introduction contextualisée Au Cameroun, la construction d’ouvrages en béton armé représente plus de 60 % du volume des travaux publics et privés (routes, bâtiments scolaires, centres de santé). La maîtrise du coffrage et du ferraillage est donc une compétence clé pour les techniciens du BTP. Les escaliers et les planchers sont parmi les éléments les plus fréquents : ils nécessitent une précision dimensionnelle pour garantir la sécurité des usagers et la durabilité de l’ouvrage. Ce cours s’appuie sur les pratiques observées sur les chantiers de Yaoundé et de Douala, où l’on utilise majoritairement du bois de coffrage (pin traité) et des étais métalliques réglables, ainsi que des armatures en acier Fe E400. --- ## I. Leçon 34 pratique: TP de coffrage et ferraillage d’un escalier sur place (partie 2) ### A. Rappel des principes du coffrage d’escalier Un escalier en béton armé se compose de marches (contremarches et goussets), d’un palier éventuel et d’un limon latéral. Le coffrage doit reproduire exactement la géométrie définie au plan, tout en permettant le démoulage sans endommager le béton vert. > **>** Le coffrage d’un escalier doit être **étanche** afin d’éviter les pertes de laitier et garantir une surface lisse après décoffrage. ### B. Étapes de mise en place du coffrage | Étape | Action | Matériel | Contrôle | |-------|--------|----------|----------| | 1 | Installation des étais métalliques sous le limon et sous les marches | Étais réglables, sabots | Vérification de l’aplomb (niveau à bulle) | | 2 | Pose des panneaux de coffrage (contreplaqué 12 mm) sur les côtés du limon | Planches, vis, serre-joints | Alignement avec le tracé au sol (cordeau) | | 3 | Fabrication du coffrage des marches (contremarches) | Planches sciées à l’angle de la marche | Équerrage à 90° (équerre de menuisier) | | 4 | Mise en place du coffrage du palier (si présent) | Panneaux droits | Vérification de la planéité ( règle de 2 m ) | | 5 | Application d’un agent de démoulage (huile de lin diluée) | Pinceau | Uniformité, éviter les surcharges | | 6 | Contrôle final du coffrage (jeu, jeu de déformation) | Jeu d’épaisseur, cordeau | Tolérance ±5 mm sur les dimensions | ### C. Ferraillage de l’escalier 1. **Armature longitudinale (ferraillage des limons)** - Barres principales Ø 12 mm placées dans le limon, espacement 15 cm, recouvrement 40 d (≈ 48 cm). - Stirrups (étriers) Ø 8 mm tous les 15 cm le long du limon pour résister aux efforts de cisaillement. 2. **Armature transversale (ferraillage des marches)** - Treillis soudé Ø 6 mm, maille 15 × 15 cm, placé au centre de l’épaisseur de la marche (≈ 15 cm d’épaisseur totale). - Barres d’ancrage Ø 10 mm insérées dans le limon à chaque extrémité de marche, longueur d’ancrage 30 d (≈ 30 cm). 3. **Armature de répartition (balcons et paliers)** - Treillis Ø 8 mm, maille 20 × 20 cm, posé sur le dessus de la dalle du palier. > **>** Le recouvrement minimal des barres d’acier doit être **40 fois le diamètre** de la barre (ex. Ø 12 mm → 48 cm) afin d’assurer la transmission des efforts. ### D. Contrôle qualité et sécurité - Vérification de l’aplomb du limon à chaque marche avec un fil à plomb. - Contrôle de l’espacement des stirrups à l’aide d’un gabarit métallique. - Port du casque, des lunettes de protection et des gants anti‑coupure lors de la manipulation des barres d’acier. - Interdiction de marcher sur le coffrage non étayé ; utilisation de passerelles provisoires. ### E. Exemple chiffré : volume de béton pour un escalier droit Données : - Hauteur totale de l’étage : 3,00 m - Nombre de marches : 15 (hauteur de marche = 20 cm, giron = 28 cm) - Largeur de l’escalier : 1,20 m - Épaisseur de la dalle de marche : 15 cm - Épaisseur du limon : 20 cm **Calcul du volume** 1. Volume des marches (par marche) : \( V_{marche} = largeur \times giron \times épaisseur = 1,20 m \times 0,28 m \times 0,15 m = 0,0504 m³ \) Total marches : \( 15 \times 0,0504 = 0,756 m³ \) 2. Volume du limon (approximé comme un prismatique) : \( V_{limon} = largeur \times hauteur totale \times épaisseur = 1,20 m \times 3,00 m \times 0,20 m = 0,72 m³ \) 3. Volume du palier (supposé 1,20 m × 1,20 m × 0,15 m) : \( V_{paler} = 0,216 m³ \) **Volume total béton** : \( V_{total} = 0,756 + 0,720 + 0,216 = 1,692 m³ \) On arrête à **1,70 m³** de béton, avec un supplément de 5 % pour les pertes (≈ 0,09 m³) → **1,79 m³** à commander. --- ## II. Leçon 36 pratique: TP de coffrage et ferraillage d’un plancher ### A. Types de planchers en béton armé | Type | Description | Avantages | Inconvénients | |------|-------------|-----------|---------------| | Dalle pleine | Épaisseur uniforme, armature répartie | Simplicité de mise en œuvre | Poids élevé, nécessite plus d’acier | | Dalle alvéolaire | Voiles creux réduisant le poids | Allègement, bonne isolation thermique | Coffrage plus complexe | | Prédalle | Élément préfabriqué posé sur site | Rapidité, qualité contrôlée | Nécessite grutage, joints à traiter | Dans le cadre du TP, nous réalisons une **dalle pleine** de 120 mm d’épaisseur sur une portée de 5,00 m, soutenue par des poutrelles en béton armé espacées de 0,60 m. ### B. Coffrage d’une dalle pleine sur poutrelles 1. **Mise en place des poutrelles** - Poutrelles préfabriquées (hauteur 250 mm, largeur 150 mm) posées sur des étais métalliques réglables. - Vérification de l’aplomb et du niveau (déviation maximale 3 mm sur 2 m). 2. **Pose des panneaux de coffrage** - Contreplaqué hydrofuge 18 mm, fixé sur les poutrelles par des serre‑joints et des chevilles métalliques. - Joints entre panneaux étanchéifiés avec du ruban de maçonnerie. 3. **Application d’un agent de démoulage** - Huile de silicone diluée à 10 % appliquée au rouleau. > **>** Le jeu entre le coffrage et l’armature doit être **≥ 20 mm** afin de permettre le passage du vibreur et d’éviter l’enclavement du béton. ### C. Ferraillage d’une dalle pleine 1. **Armature principale (dans le sens de la portée)** - Barres Ø 12 mm, espacement 15 cm, recouvrement 40 d (≈ 48 cm). - Placement dans le tiers inférieur de l’épaisseur (≈ 40 mm du bas) pour résister à la traction inférieure. 2. **Armature de répartition (dans le sens perpendiculaire)** - Treillis soudé Ø 8 mm, maille 20 × 20 cm, placé au milieu de l’épaisseur (≈ 60 mm du bas). 3. **Armature de bordure (le long des murs)** - Barres Ø 10 mm, espacement 30 cm, ancrées dans le mur avec des crochets d’ancrage longueur 30 d (≈ 30 cm). > **>** Le pourcentage d’acier nécessaire pour une dalle de 120 mm d’épaisseur sur 5 m de portée est d’environ **0,15 %** de la section béton (≈ 1,8 kg/m²). ### D. Mise en œuvre du béton, vibrage et cure - **Béton** : dosage 350 kg/m³ de ciment CEM II A‑L, 0,55 d’eau/ciment, granulats 0/20. - **Abordage** : béton versé en couches de 20 mm, vibrage à l’aiguille (fréquence 12 Hz) pendant 5 s par point afin d’éliminer les bulles d’air. - **Lissage** : règle de maçon puis taloche métallique. - **Cure** : application d’un film de cure (polyéthylène) pendant 7 jours ou arrosage régulier (2 L/m²/jour). ### E. Exemple chiffré : dimensionnement de l’armature d’une dalle Données : - Portée \(L = 5,00 m\) - Épaisseur \(h = 0,12 m\) - Charge permanente \(G = 2,5 kN/m²\) (poids propre + revêtement) - Charge d’exploitation \(Q = 2,0 kN/m²\) - Charge totale \(w = G + Q = 4,5 kN/m²\) **Moment fléchissant maximal** (dalle simplement appuyée) : \( M_{max} = \dfrac{w L^{2}}{8} = \dfrac{4,5 \times 5,0^{2}}{8} = \dfrac{4,5 \times 25}{8} = \dfrac{112,5}{8} = 14,06 kN·m \) **Résistance du béton** : \( f_{ck} = 25 MPa \) → \( f_{cd} = \dfrac{f_{ck}}{1,5} = 16,7 MPa \) **Section d’acier nécessaire** (formule simplifiée pour dalle) : \( A_{s} = \dfrac{M_{max}}{0,87 f_{yk} (h - a/2)} \) avec \( f_{yk} = 400 MPa \), \( a \approx \dfrac{A_{s} f_{yk}}{1,1 f_{cd} b} \) (itération). Première approximation en négligeant \(a\) : \( A_{s} \approx \dfrac{14,06 \times 10^{6}}{0,87 \times 400 \times 10^{6} \times 0,12} = \dfrac{14,06}{0,87 \times 400 \times 0,12} = \dfrac{14,06}{41,76} = 0,336 cm² \) par mètre linéaire. Pour une largeur de 1 m, \( A_{s} = 336 mm² \). Choix pratique : barres Ø 12 mm (section 113 mm²) → besoin de **3 barres** (3 × 113 = 339 mm²) par mètre. Espacement réel : \( 1000 mm / 3 ≈ 333 mm \). On arrête à **300 mm** pour faciliter la pose, ce qui donne une armature légèrement surdimensionnée (sécurité). --- ## III. Synthèse du chapitre - Le coffrage d’un escalier nécessite des étais réglables, des panneaux étanches et un agent de démoulage ; le ferraillage comprend des barres principales dans les limons, des stirrups et un treillis dans les marches. - Le volume de béton d’un escalier droit se calcule en additionnant les volumes des marches, du limon et du palier ; un supplément de 5 % couvre les pertes. - Pour une dalle pleine, le coffrage repose sur des poutrelles et des panneaux de contreplaqué ; le ferraillage se compose d’armature principale (bas), d’armature de répartition (milieu) et d’armature de bordure. - Le dosage du béton type 350 kg/m³, le vibrage par aiguille et la cure par film polyethylene garantissent une bonne résistance et une surface de qualité. - Les règles de sécurité (EPI, vérification des étais, interdiction de marcher sur le coffrage non étayé) et les tolérances dimensionnelles (±5 mm) sont indispensables à la qualité de l’ouvrage. > **>** Toujours vérifier l’aplomb du coffrage avant de couler le béton. > **>** Le recouvrement minimal des barres d’acier est 40 × diamètre. > **>** Le vibrage doit être effectué immédiatement après le versement pour éviter les vides d’air. > **>** La cure dure au moins 7 jours pour un béton de classe C25/30. --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | Coffrage | Moule temporaire qui donne la forme souhaitée au béton frais. | | Ferraillage | Ensemble des barres d’acier disposées dans le béton pour résister à la traction. | | Étai | Élément réglable (souvent métallique) qui soutient provisoirement le coffrage ou la structure en cours de construction. | | Treillis soudé | Grille d’acier formée par des barres perpendiculaires soudées aux intersections, utilisée comme armature de répartition. | | Recouvrement | Longueur de chevauchement entre deux barres d’acier afin d’assurer la transmission des efforts. | | Vibrage | Action mécanique qui élimine l’air emprisonné dans le béton frais en le mettant en vibration. | | Cure | Processus de maintien de l’humidité et de la température du béton frais afin de permettre une bonne hydratation du ciment. | | Dosage | Proportion des composants (ciment, eau, granulats, adjuvants) utilisée pour produire un béton de caractéristiques définies. | | Portée | Distance libre entre deux appuis d’une dalle ou d’une poutre. | | Charge permanente | Poids propre de la structure et des éléments fixes (revêtements, cloisons). | | Charge d’exploitation | Poids des personnes, du mobilier et des équipements variables. | | Moment fléchissant | Effort qui tend à courber une élément sous l’action des charges latérales. | | Classe de béton | Désignation (ex. C25/30) indiquant la résistance caractéristique à la compression à 28 jours. | | Agent de démoulage | Substance appliquée sur le coffrage pour faciliter le retrait sans endommager la surface du béton. | | Granulats | Matériaux inertes (sable, gravier) incorporés au béton pour donner du volume et de la résistance. | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Coffrage d’un escalier **Énoncé** : Un escalier droit doit desservir un étage de 2,80 m de hauteur. Chaque marche a une hauteur de 18 cm et un giron de 25 cm. La largeur de l’escalier est de 1,00 m. L’épaisseur de la dalle de marche est de 12 cm et celle du limon de 18 cm. Calculer le volume de béton nécessaire (en m³) pour les marches, le limon et un palier de 1,00 m × 1,00 m × 0,12 m. Ajouter 5 % de pertes. **Corrigé** : - Volume d’une marche : \(1,00 m \times 0,25 m \times 0,12 m = 0,03 m³\). - Nombre de marches : \(2,80 m / 0,18 m = 15,55\) → on prend 16 marches (dernière marche partiellement haute, on arrondit à l’entier supérieur pour le béton). - Volume marches : \(16 \times 0,03 = 0,48 m³\). - Volume limon : \(1,00 m \times 2,80 m \times 0,18 m = 0,504 m³\). - Volume palier : \(1,00 m \times 1,00 m \times 0,12 m = 0,12 m³\). - Volume brut : \(0,48 + 0,504 + 0,12 = 1,104 m³\). - Pertes 5 % : \(1,104 \times 0,05 = 0,0552 m³\). - Volume total à commander : \(1,104 + 0,055 ≈ 1,16 m³\). **Réponse** : **≈ 1,16 m³** de béton. ### Exercice 2 – Ferraillage d’une dalle **Énoncé** : Une dalle pleine de 130 mm d’épaisseur porte sur une portée de 4,80 m. La charge permanente est de 2,2 kN/m² et la charge d’exploitation de 1,8 kN/m². En utilisant du béton C25/30 (fck = 25 MPa) et de l’acier Fe E400 (fyk = 400 MPa), déterminer le nombre de barres Ø 10 mm nécessaires par mètre de largeur pour l’armature principale (placée dans le bas de la dalle). **Corrigé** : - Charge totale \(w = 2,2 + 1,8 = 4,0 kN/m²\). - Moment fléchissant maximal \(M_{max} = wL^{2}/8 = 4,0 \times 4,8^{2} / 8 = 4,0 \times 23,04 / 8 = 11,52 kN·m\). - Hauteur utile \(h = 0,13 m\). On place l’armature à 30 mm du bas → \(d = h - 0,03 = 0,10 m\). - Section d’acier nécessaire (formule simplifiée) : \(A_s = \dfrac{M_{max}}{0,87 f_{yk} d} = \dfrac{11,52 \times 10^{6}}{0,87 \times 400 \times 10^{6} \times 0,10} = \dfrac{11,52}{34,8} = 0,331 cm² = 33,1 mm²\) par mètre linéaire. - Section d’une barre Ø 10 mm : \(A_{barre} = \pi (10/2)^{2} = 78,5 mm²\). - Nombre de barres : \(33,1 / 78,5 = 0,42\) → on arrête à **1 barre** par mètre (on place une barre Ø 10 mm tous les mètres, ce qui donne une armature légèrement surdimensionnée mais conforme aux règles de mise en œuvre pratique). **Réponse** : **1 barre Ø 10 mm par mètre de largeur** (espacement 1000 mm). --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Oublier d’appliquer l’agent de démoulage sur le coffrage | Adhérence du béton au bois → arrachement de la surface, réparations coûteuses | Toujours badigeonner le coffrage avec un agent adapté avant le ferraillage ; vérifier l’uniformité. | | 2 | Placer les stirrups trop éloignés (> 20 cm) dans le limon de l’escalier | Résistance au cisaillement insuffisante → fissures ou rupture sous charge | Respecter l’espacement maximal indiqué au calcul (souvent 15 cm) ; utiliser un gabarit de contrôle. | | 3 | Verser le béton sans vibrage adéquat | Présence de bulles d’air → réduction de la résistance et apparence poreuse | Vibrer immédiatement après chaque couche de 20 mm ; passer l’aiguille en chevauchement de 5 cm. | | 4 | Ne pas respecter le recouvrement des barres d’acier (ex. 20 mm au lieu de 40 d) | Mauvaise transmission des efforts → glissement, fissuration à l’interface | Mesurer le diamètre de chaque barre et appliquer le recouvrement = 40 × diamètre ; utiliser des cales de recouvrement si nécessaire. | | 5 | Monter sur le coffrage non étayé pour vérifier le niveau | Risque d’effondrement du coffrage, blessures graves | Interdire toute montée sur le coffrage avant la mise en place définitive des étais ; utiliser des passerelles ou des échafaudages certifiés. | | 6 | Négliger la cure (ex. retrait du film après 24 h) | Retrait plastique important → fissures de surface, réduction de la durabilité | Maintenir la cure au moins 7 jours pour un béton C25/30 ; vérifier l’humidité du film ou arroser régulièrement selon les conditions climatiques. | --- *Fin du cours.*