Modulation de construction et préfabrication

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1 Chapitre 5 : LES COMPOSANTS PREFABRIQUES EN BETON POUR LE BATIMENT Les composants préfabriqués pour le bâtiment seront divisés en 2 grandes catégories : Les composants linéaires (pieux, poteaux, poutres ) Les composants plans ( prédalles, dalles.) I- Les composants linéaires 1- Fondations : a- fondations profondes La possibilité de préfabriquer les éléments de fondations profondes n existe que pour les micropieux (diamètre mm) ou pour les pieux battus de section carré 50x50. b- fondations superficielles On distingue 2 types d éléments préfabriqués : la semelle préfabriqué : n est pas très adapté en Tunisie car le coulé en place est plus simple. Radier général préfabriqué : leur préfabrication peut être assuré en usine modulé et assemblé sur place conformément aux techniques d assemblages. c- longrines C est des éléments linéaires très semblables aux poutres préfabriquées qui sont assemblées lors de la mise en œuvre du bâtiment. 2- Elévation: a- poteaux C est des éléments linéaires verticaux, leurs fonction est de transmettre les charges provenant des planchers et toiture vers les fondations. Apres leurs mise en place dans des moules métalliques, le béton est hautement vibré et le durcissement naturel ou accéléré du béton s effectue dans le moule. MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 1

2 Les poteaux préfabriqués subissent 3 degrés d interventions : 1 ère intervention : assemblage poteau - fondations : Quelque soit le type de fondation l assemblage est généralement métallique. Les armatures du poteau sont soudées dans un sabot métallique, et ce dernier est assemblé aux fondations à l aide de tiges d ancrage. 2 ème intervention : assemblage poteau poutre plancher intermédiaire : Les poteaux préfabriqués sont généralement équipés d un corbeau : c est un ouvrage d appui associé au poteau qui assure un appui simple des poutres. 3 ème intervention : assemblage poteau poutre toiture : C est un assemblage par pièces métalliques assuré par els 2 plaquettes de soudure prévoyant un certain nombre de réservations de goujons de serrage Cet assemblage peut être renforcé par une soudure supplémentaire au niveau des plaquettes entre elle. MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 2

3 b-les différents types de poutrelles On distingue 2 types de poutrelles : Les poutrelles à treillis métalliques : Composé d une armature à âme en treillis métallique enrobé dans un talon en béton. figure12: poutrelle en T renversé Les poutrelles en «Té» renversé : Préfabriqué en totalité en usine, elles sont Généralement en Béton Précontraint. Elles sont nommées suivant leurs dimensions et le nombre de fils de précontraintes qu elles contiennent : 3 fils 12 cm 12 cm Exemple de poutrelle préfabriquée en BP : 312 : 3 présente le nombre de fils de précontrainte et 12 est la hauteur, la largeur est toujours fixé à 12 cm. c Les poutrelles en Té renversé en BP Ce sont des éléments linéaires dont la fabrication s effectue par la technique de la précontrainte à l aide d armatures adhérentes sur des barres de 80 m à 100 m de longueur. Cette technique consiste à tendre les fils d aciers à haute limite élastique entre les points d ancrage à l aide de vérins. Lorsque l élément a atteint une résistance mécanique suffisante ( 25 MPa environ) les armatures sont relâché (on constate une contre flèche) : l élément préfabriqué est maintenant sous précontrainte. Le béton est traité thermiquement suivant un cycle de temps afin d accélérer le processus de séchage. Ce cycle est protégé en déroulant une bâche isotherme à la surface supérieure de la poutre pour les raisons suivantes : Eviter le refroidissement brusque des poutrelles Conserver la température du procédé pour le séchage des poutrelles Protection thermique. MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 3

4 On notera que les dimensions des poutrelles se base sur les 2 parametres suivants : La portée de la poutrelle Les charges et surcharges à supporter d - Mise en œuvre des poutrelles : Les poutrelles reposent soit : - sur les murs en maçonnerie, sur les linteaux ou des poutres, qu on aura préalablement dressés au niveau choisi - sur des lisses en bois juxtaposées aux murs, linteaux et poutres Elles sont disposées à espacements réguliers qu on obtient en plaçant un entrevous à chaque extrémité de poutrelle. - On étaie alors les poutrelles(fig13) - On pose les entrevous intermédiaires(fig13) - On coffre les parties de plancher à couler en place (fig14) - On pose le treillis soudé (fig14) - On coule la dalle de répartition (fig14) figure13: Etaiement de poutrelles et entrevous intermédiaires figure14: schéma de mise en œuvre d'une dalle à poutrelles préfabriquées table de compression chainage horizontal chapeau de rive 3- Planchers & toitures: La fonction plancher est rempli par un certain nombre d éléments en béton manufacturé, ces éléments peuvent être répartis en 2 groupes : - Plancher monolithes : dalles alvéolés - Plancher composites : planchers comportant un ou plusieurs types d éléments pour laquelle la finition est réalisée sur chantier par un assemblage bétonné. MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 4

5 a- planchers avec table de compression Ces planchers sont constitués par des poutrelles placées généralement à l entraxe de 0,60 cm et d une table de compression de Béton Armé coulé en place, les entrevous utilisés sont de nature différente suivant la destination du plancher envisagée. La dalle de compression est généralement d épaisseur de 4 à 6 cm, les armature sont des Treillis soudés posés au milieu de la dalle de compression à l aide de calettes. figure15: schéma de planchers avec table de compression Exemple de montage de plancher préfabriqué Ces planchers avec table de compression peuvent assurer 2 types de corrections : La Correction thermique : demandé par ce types de plancher est assuré par l emploi des entrevous en polystyrène expansé (résistant à la température) La correction coupe feu : du plancher est assuré par l intégration des plaques de plâtre dans des réservation à la partie supérieure des entrevous afin d atteindre la résistance coupe feu demandé. Par exemple CF 1h : ep= 1cm b- planchers sans table de compression De tels planchers sont constitués d entrevous résistant appelé des entrevous porteur. La transmission des charges reçues par la dalle doit être assuré à travers les entrevous vers les poutrelles. L avantage de ces entrevous porteurs est la réduction de l épaisseur du plancher. figure16: plancher composite avec entrevous en béton MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 5

6 4- Les Entrevous Les entrevous sont des éléments intercalaires reposant sur les talons de deux poutrelles voisines. Ils jouent le rôle d éléments de coffrage (pour les planchers avec table de compression) et participent comme élément de structure pour les planchers sans table de compression (entrevous porteurs).ils peuvent également participer à l isolation thermique et acoustique, et doivent répondre aux exigences de sécurité vis-à-vis de l incendie. figure17: Exemple d'entrevous h L l Caractéristiques géométriques La largeur effective de la feuillure d appui doit être au moins égale à 20 mm. Les entrevous sont nommés par leurs dimensions : h. l. L ( cm) Caractéristiques physiques Les entrevous ne doivent pas comporter de défectuosité apparente telle que cassure, fissure ou déformation. La masse volumique des entrevous doit être supérieure à 1100 Kg/m3 Caractéristiques mécaniques La charge à la rupture par poinçonnement-flexion des entrevous doit être, au terme du délai de livraison, au moins égale : la résistance mécanique nominale : entrevous de coffrage résistants (non porteur) : 150 dan ; entrevous porteurs : 250 dan. Les différents types d entrevous Montage Poids propre du plancher ( kg/m²) Volume du béton coulé sur chantier ( l/m²) MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 6

7 5- Treillis soudés Ce sont des cages d armatures confectionnées à l usine, les points de soudure doivent etre uniforme au niveau de la totalité des nœuds, l acier utilisé est du rond lisse Ø3 Diamètre (mm).la dimension des panneaux est 3m x 2,4 m. Type d'armature Quadrillage d'armatures dans la dalle de compression (Exemples possibles) Désignation Armatures perpendiculaires aux poutrelles Armatures parallèles aux poutrelles Treillis soudé 3-3 / t : 15 t : 30 Ø Diamètre (mm) t : écartement (cm) II- Les composants plans 1- Fondations Le seul article préfabriqué en fondations est le radier général qui est très utilisé par la génie militaire pour l édification des structures militaires. 2- Elévation On trouve dans cette catégorie les éléments pouvant entrer dans la construction des bâtiments industriels ou d habitations tel que les parois porteuse ou les parois de contreventements. La préfabrication a réservé pour le traitement des façades dans les différents types d éléments architecturaux porteurs ou non porteurs : c est les panneaux préfabriqués. 3 Eléments de planchers Parmi les composants les plus utilisés pour les planchers, on trouve les dalles alvéolées et les prédalles. a- Les dalles alvéolées Les dalles alvéolées sont des composants structurels de planchers monolithes, préfabriqués en usine, qui comportent des évidements longitudinaux disposés à intervalles généralement réguliers dénommés alvéoles. Les dalles alvéolées sont généralement en béton précontraint, d épaisseur comprise entre 120 et 400 mm, de largeur 1,20 m (figure suivante). figure18: Dalle alvéolée MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 7

8 Les dalles alvéolées sont principalement utilisées dans les bâtiments industriels et de bureaux, pour des portées variant de 6 à 15 m environ. Elles commencent à être utilisées dans le domaine du logement collectif, où leur facilité de mise en œuvre permet de réduire de manière non négligeable le coût du gros œuvre. b- Les prédalles Les prédalles sont des dalles fabriquées en usine, en béton armé ou en béton précontraint, destinées à former la partie inférieure armée d un plancher (figure19). figure19: Plancher avec prédalle H> 2 h1 5cm épaisseur prédalle épaisseur dalle pleine / 2 On distingue différents types de prédalles : les prédalles de 2,40 m de largeur, qui sont les plus courantes ; les petites prédalles destinées à former des bandes de planchers nervurés ; les prédalles fabriquées aux dimensions d une pièce. Les prédalles se substitue au coffrage et participe à la résistance de la structure ( à travers des aciers qu elle comporte). La longueur maximale des prédalles est de 6 m et La hauteur usuelle des prédalles est de 5 à 12 cm. c- Les escaliers préfabriqués On distingue : les escaliers monoblocs constitués d une volée ou d une fraction de volée les escaliers à marches indépendantes assemblés ou non sur une ossature. Leur forme permet de les diviser en trois types : droit, hélicoïdal, balancé. Ces éléments sont assemblés au moyen de liaisons mécaniques (appuis simples, aciers en attente, boulonnage, soudure, goujons ) qui assurent le monolithisme des différentes parties constructives ainsi que le raccordement aux planchers et aux parois verticales. MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 8

9 III- Les dispositions constructives 1- Les chaînages : Le chaînage est le plus souvent réalisé à l aide d éléments préfabriqués de longueur standard de 6m. Il peut être plat, triangulaire ou encore rectangulaire. Sa section est d au moins 1,5cm². 3- Les aciers de chapeau : Ils sont en HA6 ou HA8 sur chaque poutrelle. Ils doivent être disposés au-dessus du treillis soudé. A défaut de calculs plus précis, on prend comme longueur : - sur l appui de rive, 80 complétés à partir du nu du mur(fig20) Chapeau ligaturé T.S (l 80) l figure20: coupe sur appui de rive sur maçonnerie - sur les appuis intermédiaires le maximum 5 L entre 80 et le quart de la portée(fig21) figure21: coupe sur appui intermédiaire sur poutre en béton armé Chapeau (l 80 ou L max /4 ) l l L1 L2 2 figure22: coupe sur appui avec entrevous de rive Chaînage maille 200x Les balcons : Il faut ancrer les aciers principaux du balcon dans la dalle principale. Pour cela on utilise des entrevous, de faible hauteur (5 à 7cm), dits «négatifs», afin d avoir une masse importante de béton pour équilibrer la partie en console. - réaliser d un chaînage coulé en place en bout de balcon. figure23: coupe sur montage en balcon Armatures principales à la partie supérieure avec ancrage de longueur à déterminer Poutrelle de coffrage MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 9

10 6- Les trémies : Aucune précaution particulière n est à prendre quand la trémie est placée entre deux poutrelles. Si la trémie coupe une ou plusieurs poutrelles, il faut alors prévoir un chevêtre de renfort (appui des poutrelles interrompues) et le doublage des poutrelles adjacentes à l ouverture. De plus, si la portée du plancher est importe (> à 4m), on place dans la dalle de compression un chaînage intermédiaire 7- Plan de pose : Chaque niveau de plancher à poutrelles et entrevous doit avoir un plan de pose comportant toutes les informations concernant : - Le type, la nature et le nombre d entrevous - Les aciers des treillis soudés - La référence, le type, la quantité de chaque poutrelle - L étaiement - Les armatures de suspension - Le stockage - La manutention - Les armatures en chapeaux - Les prescriptions importantes qu il y a lieu de signaler et respecter Cinématique de pose des étais MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 10

11 IV- Dimensionnement des éléments d un plancher préfabriqué On se propose de préparer une commande des articles préfabriqués relatifs à la mise en œuvre d un plancher à usage d habitations classique, conformément au plan de coffrage suivant, avec les caractéristiques des éléments préfabriqués suivantes : avec : - poutrelles : type entrevous : type E16 - dalle de compression : ep = 4 cm On se propose de calculer pour ce panneau de plancher préfabriqué : le nombre des poutrelles le nombre d entrevous la surface totale de treillis soudés la longueur des aciers en chapeaux la longueur des aciers en suspension MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 11

12 1- Coupe transversale sur le plancher 2- Les paramètres de dimensionnement de ce panneau ( lx et ly) L appui des poutrelles sur les poutres est de : 2,5 cm L appui des poutrelles sur murs porteurs est de : 5 cm Lx = x 2,5 = 355 cm Ly = x 2,5 = 405 cm 3- Calcul du nombre de rangées d entrevous Nr Nr = E ( ly / 61 ) + 1 = 7 4- Calcul de la largeur un dernier entrevous NeR Ly = (53+4)+ 61 x ( Nr -2) + ( NeR +4) donc NeR = 39 cm, La dernière rangée est constituée par des entrevous taillés 5- Calcul du nombre de poutrelles Np Np = Nr 1 = 6 poutrelles MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 12

13 6- Calcul du nombre total d entrevous NE NE/R = nombre d entrevous par rangée NE/R= E( lx/20) +1 = 18 NE = NE/R x NR = 126 ent 7- Calcul de la surface totale des Treillis Soudés La disposition des treillis soudés doit être de façon à renforcer la flexion dans le sens inverse des poutrelles. La distance de recouvrement entre 2 panneaux est de 30 cm dans chaque sens. La surface totale est donc : S = 3x2,4+3x1,45+1,35x2,4+1,35x1,45 8- Calcul de la longueur totale des armatures de chapeaux Le diamètre des aciers en chapeau est du HA10 Lch = Max ( 80 lx/4) = 88,75 cm La longueur totale est donc : Lt = Lch x 2 x NP = 10,80 m 9- Calcul de la longueur totale des armatures en suspension Les armatures en suspension assurent la liaison entre le poutrelles et la poutres. La longueur des armatures en suspension est de 1 m. Le diamètre des aciers en suspension est du HA10. Lsus = Np x 2 x 1 m= 12 m MEZGHANI Sihem & STAMBOULI.Nassib _Version2014_ 13

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