Réalisation des ouvrages en béton armé (partie 2/4)

## Objectifs et prérequis **À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :** - Décrire les étapes de préfabrication d’un poteau‑semelle et d’une poutrelle en béton armé, en respectant les normes camerounaises (NC B 03‑01, NC B 03‑02). - Réaliser le dosage du béton, préparer le coffrage, mettre en place l’armature et effectuer le coulage en atelier ou sur chantier. - Contrôler la conformité dimensionnelle et la résistance à la compression des éléments préfabriqués. - Appliquer les règles de sécurité et d’hygiène spécifiques aux travaux de préfabrication (port des EPI, manutention des charges, prévention des risques liés au béton frais). **Prérequis :** - Connaissances de base en technologie du béton (composition, prise, durcissement). - Lecture de plans d’armature et de coffrage (échelles, symboles). - Notions de résistance des matériaux (contraintes de traction et de compression). - Utilisation des outils de mesure (mètre ruban, niveau à bulle, pied à coulisse). --- ## Introduction contextualisée Dans le secteur de la construction au Cameroun, la préfabrication d’éléments en béton armé permet de réduire les délais de chantier, d’améliorer la qualité du produit fini et de maîtriser les coûts. Les poteaux‑semelles, utilisés comme fondations superficielles pour les bâtiments à faible hauteur, et les poutrelles, éléments de soutien des dalles ou des planchers, sont fréquemment fabriqués en atelier avant d’être transportés et installés sur le site. Ce chapitre présente, de façon progressive, les procédés de préfabrication de ces deux types d’ouvrages, en s’appuyant sur les travaux pratiques prévus au programme officiel (Leçons 16, 18 et 22). --- ## I. Leçon 16 pratique: TP préfabrication poteau‑semelle en béton armé (partie 1) ### A. Présentation du poteau‑semelle Un poteau‑semelle est un élément de fondation composé d’une semelle (base élargie) et d’un poteau vertical qui reprend les charges du bâtiment. Il est destiné à répartir les efforts sur un sol de portance moyenne. > **> Définition** : *Poteau‑semelle* = élément préfabriqué en béton armé constitué d’une semelle rectangulaire ou carrée et d’un poteau central, destiné à supporter des charges verticales provenant d’une superstructure légère. ### B. Étapes de préfabrication | Étape | Action détaillée | Outils / Matériels | Contrôle | |-------|------------------|--------------------|----------| | 1. Lecture du plan | Identifier dimensions de la semelle (L × l × e) et du poteau (hauteur H, diamètre d) | Plan d’exécution, règle, crayon | Vérifier les cotes avec le cahier des charges | | 2. Préparation du coffrage | Assembler des panneaux de bois ou de métal pour former le moule de la semelle et du poteau | Coffrage bois, serre‑joints, niveau | Vérifier l’aplomb et l’horizontalité (tolérance ±5 mm) | | 3. Mise en place de l’armature | Disposer les barres longitudinales (ferraillage du poteau) et les étriers (ferraillage de la semelle) selon le schéma d’armature | Barres d’acier Ø 8‑12 mm, ligatures, pince à ligaturer | Contrôler l’enrobage minimal (20 mm pour semelle, 25 mm pour poteau) | | 4. Dosage du béton | Préparer un béton C25/30 (ciment 350 kg/m³, sable 600 kg/m³, gravier 1150 kg/m³, eau 175 L/m³) | Bétonnière, seaux, pelle | Mesurer le slump (affaissement) entre 70 mm et 100 mm | | 5. Coulage | Verser le béton en couches de 15 cm, vibrer chaque couche pour éliminer les bulles d’air | Aiguille vibrante, truelle | Contrôler l’absence de vides visibles | | 6. Lissage et finition | Lisser la surface supérieure de la semelle et du poteau à l’aide d’une taloche | Taloche, règle de maçon | Vérifier la planéité (tolérance ±3 mm) | | 7. Démoulage | Attendre la prise initiale (≈ 4 h) puis retirer délicatement le coffrage | Masse, pied de biche | S’assurer qu’il n’y a pas de fissure de retrait | | 8. Cure | Maintenir l’humidité pendant 7 jours (bâche plastifiée, arrosage) | Bâche, arrosoir | Vérifier l’absence de craquelure de surface | ### C. Contrôle qualité - **Contrôle dimensionnel** : mesurer L, l, e, H, d avec un ruban métallique ; écarts admissibles ±5 mm. - **Essai de compression** : prélever un éprouvette cylindrique (Ø 150 mm, h = 300 mm) après 28 jours ; résistance minimale requise = 25 MPa. - **Contrôle de l’enrobage** : utiliser un couvre‑épaisseur pour vérifier que l’enrobage respecte les valeurs du tableau ci‑dessus. > **> Règle de sécurité** : Lors du maniement des aiguilles vibrantes, porter des protections auditives et des gants anti‑vibration. --- ## II. Leçon 18 pratique: TP préfabrication poteau‑semelle en béton armé (partie 1) – Mise en œuvre du coffrage et de l’armature Cette leçon approfondit les points 2 et 3 du tableau précédent, en insistant sur la lecture des plans d’armature et la réalisation du coffrage réglable. ### A. Lecture du plan d’armature - **Symboles** : barres principales (traits pleins), étriers (traits pointillés), crochets (arcs). - **Échelle** : généralement 1 : 50 pour les détails d’armature. - **Calcul du nombre de barres** : \[ n = \frac{L_{\text{semelle}}}{e_{\text{espacement}}} + 1 \] où \(L_{\text{semelle}}\) est la longueur de la semelle et \(e_{\text{espacement}}\) l’entraxe entre deux barres consécutives (souvent 150 mm). > **> Exemple chiffré** : Semelle de 1200 mm, entraxe 150 mm → \(n = \frac{1200}{150}+1 = 9\) barres longitudinales. ### B. Réalisation du coffrage réglable 1. **Montage des panneaux** : utiliser des panneaux de bois de 20 mm d’épaisseur, assemblés par des serre‑joints réglables permettant d’ajuster la largeur de la semelle. 2. **Équerrage** : vérifier l’angle droit à l’aide d’un équerre de menuisier ; tolérance ±2°. 3. **Étancheité** : appliquer un film de polyéthylène sur les faces internes pour éviter l’absorption d’eau par le bois, ce qui pourrait altérer la dimension du moule. ### C. Pose de l’armature - **Ferraillage du poteau** : disposer 4 barres longitudinales Ø 12 mm aux coins, liées par des étriers Ø 8 mm tous les 150 mm. - **Ferraillage de la semelle** : poser une grille de barres Ø 10 mm en deux directions (longitudinale et transversale) avec un entraxe de 200 mm, liée par des ligatures. - **Enrobage** : placer des cales en plastique de 20 mm (semelle) et 25 mm (poteau) entre le coffrage et l’armature avant le coulage. > **> Point de contrôle** : après la pose de l’armature, vérifier que les cales ne sont pas déplacées en tapotant légèrement le coffrage ; toute movement indique un mauvais maintien. ### D. Préparation du béton et mise en œuvre Le dosage reste celui indiqué dans la Leçon 16. La différence réside dans la **mise en place d’un joint de dilatation** entre la semelle et le poteau lorsqu’on prévoit un poteau‑semelle destiné à recevoir des charges horizontales légères (ex. : auvent). Le joint est réalisé en insérant une bande de mousse compressible de 10 mm d’épaisseur avant le coulage du poteau. > **> Règle de sécurité** : Lors du coulage, éviter de se tenir directement au-dessus du moule pour prévenir les projections de béton frais ; utiliser une pelle longue ou une truelle à manche. --- ## III. Leçon 22 pratique: TP préfabrication d’une poutrelle en béton armé ### A. Définition et utilisation Une poutrelle est un élément linéaire de section rectangulaire ou en T, destiné à supporter des charges de flexion (dalles, planchers, couvertures). En préfabrication, elle permet une pose rapide et une qualité de surface constante. > **> Définition** : *Poutrelle préfabriquée* = élément en béton armé de longueur constante (souvent 2,5 m à 6 m), section normalisée, fabriqué en atelier et destiné à être posé sur des appuis (murs, poteaux) pour reprendre des efforts de flexion et de cisaillement. ### B. Étapes de fabrication | Étape | Action | Détails techniques | |-------|--------|--------------------| | 1. Lecture du plan de poutrelle | Identifier longueur L, largeur b, hauteur h, épaisseur d’âme (si section en T) | Plan d’exécution, échelle 1 : 20 | | 2. Préparation du moule | Moule en acier ou en bois stratifié, démoulable, avec revêtement anti‑adhésif | Vérifier l’alignement des côtés (tolérance ±2 mm) | | 3. Pose de l’armature | - Armature inférieure : 2 barres Ø 10 mm (ferraillage tendu) <br> - Armature supérieure : 2 barres Ø 10 mm (ferraillage compressé) <br> - Stirrups (étriers) Ø 6 mm tous les 150 mm le long de la portée | Enrobage minimal 20 mm (norme NC B 03‑02) | | 4. Dosage du béton | Béton C30/37 (ciment 350 kg/m³, sable 600 kg/m³, gravier 1150 kg/m³, eau 165 L/m³) – slump 80 ± 20 mm | Utiliser un cône d’Abrams pour contrôler l’affaissement | | 5. Coulage et vibration | Verser en une seule passe, vibrer avec une aiguille vibrante de 38 mm de diamètre, fréquence 12 000 vpm | Éliminer les bulles d’air, assurer une bonne compaction | | 6. Lissage de surface | Passer une règle de maçon puis une taloche métallique pour obtenir une finition lisse | Contrôler la planéité (±2 mm) | | 7. Démoulage | Attendre la prise initiale (≈ 2 h) puis retirer le moule à l’aide de vérins hydrauliques ou de leviers | Vérifier l’absence d’accrochage | | 8. Cure et stockage | Couvrir d’une bâche plastifiée, arroser 3 fois/jour pendant 7 jours ; stocker à l’abri du soleil direct et des chocs | Empiler sur des cales en bois, séparer les couches par des feuilles de polyéthylène | ### C. Contrôle et essais - **Contrôle dimensionnel** : mesurer L, b, h ; écarts admissibles ±3 mm. - **Essai de flexion** : réaliser un essai sur éprouvette de portée 1 m, charge au milieu ; déterminer le moment de flexion résistant \(M_{Rd}\) selon la formule : \[ M_{Rd} = 0,15 \,\frac{f_{ck}}{\gamma_{c}} \, b \, d^{2} \] où \(f_{ck}=30\) MPa, \(\gamma_{c}=1,5\), \(d\) est la profondeur efficace (approximativement \(h - \text{enrobage} - \phi/2\)). Exemple numérique : \(b=200\) mm, \(h=300\) mm, enrobage = 20 mm, \(\phi=10\) mm → \(d = 300 - 20 - 5 = 275\) mm. \[ M_{Rd}=0,15 \times \frac{30}{1,5} \times 200 \times 275^{2} =0,15 \times 20 \times 200 \times 75\,625 =45\,375\,000\ \text{N·mm} \approx 45,4\ \text{kN·m} \] - **Essai de cisaillement** : vérifier que \(V_{Rd} \geq V_{Ed}\) avec \(V_{Rd}=0,6\,f_{ck}/\gamma_{c}\,b\,z\) (z≈0,9 d). > **> Règle de sécurité** : Lors de la manipulation des moules métalliques, porter des chaussures de sécurité avec embout acier et des gants anti‑coupure. --- ## Synthèse du chapitre - **Poteau‑semelle** : élément de fondation composé d’une semelle élargie et d’un poteau vertical ; préfabrication en 8 étapes (plan, coffrage, armature, dosage, coulage, finition, démoulage, cure). - **Poutrelle** : élément linéaire de flexion ; fabrication en moule démoulable, armature inférieure/supérieure + stirrups, béton C30/37, vibration, cure. - **Contrôles** : dimensionnels (tolérances ±3‑5 mm), mécaniques (compression ≥ 25 MPa pour poteau‑semelle, flexion ≥ 45 kN·m pour poutrelle de 200 × 300 mm avec enrobage 20 mm). - **Sécurité** : port des EPI (casque, lunettes, gants, chaussures), manutention des charges (utiliser des chariots ou palans), prévention des risques liés au béton frais (projections, vibrations). - **Normes de référence** : NC B 03‑01 (béton armé – règles de calcul), NC B 03‑02 (béton armé – mise en œuvre). --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | **Béton armé** | Composite de béton et d’acier destiné à résister respectivement à la compression et à la traction. | | **Coffrage** | Moule temporaire qui donne la forme souhaitée au béton frais. | | **Armature** | Ensemble de barres d’acier disposées dans le béton pour reprendre les efforts de traction. | | **Enrobage** | Épaisseur de béton recouvrant l’armature, assurant la protection contre la corrosion et la transmission des efforts. | | **Vibration** | Action mécanique permettant d’éliminer l’air emprisonné dans le béton frais et d’améliorer sa compacité. | | **Cure** | Processus de maintien de l’humidité et de la température du béton pendant sa maturation pour garantir le développement de la résistance. | | **Slump (affaissement)** | Mesure de la consistance du béton frais, exprimée en millimètres d’affaissement d’un cône métallique. | | **Ferraillage** | Action de mettre en place l’armature dans le coffrage avant le coulage du béton. | | **Semelle** | Partie élargie d’une fondation qui répartit les charges sur le sol. | | **Poutrelle** | Élément linéaire en béton armé destiné à supporter des charges de flexion. | | **Étrier** | Piece d’armature fermée (souvent circulaire) qui relie les barres longitudinales et résiste au cisaillement. | | **Cale d’enrobage** | Élément (souvent en plastique) placé entre le coffrage et l’armature pour garantir l’épaisseur d’enrobage requise. | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Dimensionnement d’une semelle de poteau‑semelle **Données** : - Charge verticale sur le poteau : \(P = 120\) kN. - Portance admissible du sol : \(q_{adm}=150\) kN/m². - Épaisseur de la semelle à déterminer (hypothèse : semelle carrée de côté \(B\) et épaisseur \(e=200\) mm). **Demande** : Calculer le côté \(B\) nécessaire de la semelle afin que la pression sous la semelle ne dépasse pas \(q_{adm}\). **Corrigé** : La surface de la semelle doit supporter la charge : \[ A = \frac{P}{q_{adm}} = \frac{120\ \text{kN}}{150\ \text{kN/m}^2}=0,8\ \text{m}^2 \] Pour une semelle carrée, \(A = B^2\) → \[ B = \sqrt{0,8}=0,894\ \text{m}\approx 0,90\ \text{m} \] On arrondit à la valeur commerciale supérieure : **\(B = 1,00\) m**. Vérification de la pression réelle : \[ q = \frac{P}{B^2}= \frac{120}{1,0^2}=120\ \text{kN/m}^2 < q_{adm} \] La semelle de 1,00 m × 1,00 m, épaisseur 200 mm, est donc admissible. --- ### Exercice 2 – Vérification de l’enrobage d’une poutrelle **Données** : - Section rectangulaire : largeur \(b=250\) mm, hauteur \(h=400\) mm. - Armature inférieure : 2 barres Ø 12 mm placées à 20 mm du bord inférieur. - Armature supérieure : 2 barres Ø 12 mm placées à 20 mm du bord supérieur. **Demande** : Vérifier que l’enrobage minimal requis (20 mm selon NC B 03‑02) est respecté. **Corrigé** : - Enrobage inférieur : distance du bord inférieur au centre de la barre = 20 mm + (Ø/2) = 20 mm + 6 mm = 26 mm → enrobage béton = 26 mm – 6 mm = **20 mm** (conforme). - Enrobage supérieur : même calcul → **20 mm** (conforme). Ainsi, l’enrobage est conforme à la norme. --- ### Exercice 3 – Planning de cure d’une poutrelle préfabriquée **Données** : - Une poutrelle de 5 m de longueur est démoulée à 9 h00. - La cure doit durer 7 jours avec arrosage 3 fois par jour (matin, midi, soir). **Demande** : Élaborer un tableau montrant les heures d’arrosage pour les deux premiers jours de cure. **Corrigé** : | Jour | Matin (08h00) | Midi (12h00) | Soir (18h00) | |------|----------------|--------------|--------------| | J+1 | 08h00 – 09h00 | 12h00 – 13h00| 18h00 – 19h00| | J+2 | 08h00 – 09h00 | 12h00 – 13h00| 18h00 – 19h00| (On considère que l’arrosage débute une heure après le démoulage pour permettre une légère prise initiale.) --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | **Oublier de vérifier l’aplomb du coffrage** avant le coulage. | Déformation de l’élément, non‑conformité dimensionnelle, risque de rejet. | Utiliser un niveau à bulle ou un laser à chaque montage de coffrage ; tolérance ±5 mm. | | 2 | **Placer l’armature trop près du bord du coffrage** (enrobage < 15 mm). | Corrosion prématurée de l’acier, réduction de la résistance à la traction. | Insérer des cales d’enrobage de l’épaisseur requise avant de poser l’armature ; vérifier avec un pied à coulisse. | | 3 | **Vibrer excessivement le béton frais** (temps > 30 s par point). | Séparation des granulaires, formation de poches de béton faible, perte de résistance. | Limiter la vibration à 10‑15 s par point, déplacer l’aiguille régulièrement ; surveiller l’apparition de la laitance à la surface. | | 4 | **Ne pas protéger le béton frais du soleil ou du vent** pendant la cure. | Retrait plastique, fissuration de surface, réduction de la résistance à la compression. | Couvrir immédiatement après le lissage avec une bâche plastifiée ; arroser régulièrement selon le planning de cure. | | 5 | **Manutention manuelle d’une poutrelle de plus de 250 kg** sans aide mécanique. | Risques de TMS (troubles musculo‑squelettiques), chutes de charge. | Utiliser un chariot élévateur, un palan ou un diable à roues ; porter des chaussures de sécurité et des gants anti‑coupure. | | 6 | **Ne pas nettoyer le moule après démoulage** (résidus de béton adhèrent). | Défauts de surface sur la prochaine pièce, perte de dimensionnalité. | Gratter délicatement les résidus avec une spatule en bois, appliquer un agent de démoulage si nécessaire, puis rincer à l’eau. | --- *Fin du cours.*