Gros œuvre en Bâtiment

1. Généralités sur la structure béton

On appelle béton le matériau obtenu en gâchant dans un malaxeur des proportions précises :

• De ciment,
• De granulats (gravillons + sable),
• D’eau,
• De compléments appelés ajouts/adjuvants.

Le ciment (argile + calcaire gypse…) est un liant hydraulique ($300$ à $\mathrm{400~kg/m^3}$ de béton). Les granulats constituent le squelette du béton (sable $\mathrm{= 750~kg/m^3}$, graviers $\mathrm{= 1200~kg/m^3}$)

L’eau permet l’hydratation du ciment et la fluidification du béton frais ($120$ à $\mathrm{170~litres/m^3}$). Le rapport $\mathrm{E/C}$ (eau/ciment) doit être maîtrisé. Les ajouts (fillers, fumées de silice, …) et les adjuvants (hydrofuge, entraineur d’air, plastifiant, …) permettent d’améliorer les conditions de mise en œuvre et d’augmenter les performances du béton sous charges et dans le temps ($2$ à $5\%$ de la masse de ciment).

2. Fonctionnement du béton armé

On associe le béton et l’acier de façon que :

• Les efforts de compression soient équilibrés
• Les efforts de traction soient équilibrés
• Il faut donc définir de manière exacte les zones comprimées et tendues.

Cette possibilité de combinaison et d’existence durable est due :

• À l’absence de réactions chimiques nuisibles entre la pâte de ciment et l’acier.
• À l’adhérence mutuelle acier-béton permettant la transmission des efforts,
• À l’analogie des coefficients de dilatation.
• Au respect d'un enrobage (distance entre nu béton et armature) :
• $\mathrm{1~cm}$ minimum pour les ouvrages intérieurs,
• $\mathrm{3~cm}$ minimum pour les ouvrages extérieurs,
• $\mathrm{5~cm}$ minimum pour les ouvrages bord de mer.
  

3. Eléments standards d'une structure béton armé

On distingue :

• Les fondations : réalisées en place. On distingue : les fondations superficielles (semelles filantes ou isolées), profondes (pieux, puits, barrettes) ou radiers. Le choix dépend de la nature du sol et de la transmission des charges de la structure. Des essais géotechniques (pressiomètre, pénétromètre, carottage ...) sont nécessaires pour connaître les caractéristiques du sol en place.
  
• Les voiles : réalisés à l'aide de banches in situ ou préfabriqués en usine. Les voiles de façade sont coulés sur une hauteur minimum de $2.70$ (pas de coffrage de rive nécessaire) alors que les refends (voiles intérieurs) sont réalisés sur une hauteur classique de $\mathrm{2.50~m}$. Le ratio d'armatures varie de $2$ à $\mathrm{4~kg/m^2}$.
  
• Les poteaux : réalisés à l'aide de coffrage spécifiques (carton, bois ou banches) in situ ou préfabriqués en usine. Le ratio d'armatures atteint couramment entre $80$ à $\mathrm{100~kg/m^3}$.
  
• Les poutres : réalisées sur chantier (coulées en place ou préfabrication foraine) ou préfabriquées en usine. La portée classique est de 5 à 7m pour les logements (supérieure à 10m pour les bureaux). Le ratio d'armatures varie de $90$ à $\mathrm{120~kg/m^3}$.
  
• Les dalles : réalisées entièrement en place coffrage, ferraillage et bétonnage (dalle pleine) ou en partie préfabriquées (prédalles, dalles alvéolaires, ...).
  
• Les linteaux : éléments en béton armé au-dessus des ouvertures réalisés à l'aide de banches en même temps que les voiles ou préfabriqués si grande longueur.
• Les libages : murs de soubassement en béton armé
  
• Les longrines : poutres de soubassement en appui sur des massifs de fondation.
  

4. Les joints dans une structure béton

On distingue :

• Les joints de retrait : béton scié afin de guider la fissuration lors du séchage,
  
• Les joints de construction : arrêt de bétonnage pour grandes surfaces ou volume à couler,
  
• Les joints de dilatation : structure coupée en deux de la toiture au dessus des fondations afin de permettre la dilatation du béton sous les variations de température,
• Les joints de rupture : structure coupée en deux y compris fondations afin de s'adapter à des tassements différentiels prévisibles.
  

1. Généralités

Les parois de toutes les fouilles sont aménagées de façon à prévenir les éboulements. Deux possibilités :

• Mise en place d'un talus (prend de la place),
• Maintien provisoire ou définitif des terres en place : soutènement.

L'action du sol sur l’ouvrage de soutènement provoque son déplacement :

• Le terrain pousse sur la hauteur de l'excavation,
• L’écran se déforme et mobilise le terrain en butée et en contre butée sur la profondeur de fiche.

2. Le blindage de tranchées

Il y a une nécessité de blindage lorsque la profondeur de tranchée est supérieure à $\mathrm{1.30~m}$. Ils sont utilisés dans le cadre de travaux de VRD.

D'un point de vue sécurité : sur une période de $10$ ans, les accidents de fouilles en tranchées représentent $3.5\%$ des accidents du travail et $5\%$ des décès. $75\%$ des accidents de fouilles en tranchées concernent le blindage.

Les solutions possibles sont :

• Caisson à étaiement central ou latéral,
• Blindage à glissière,
• Ceinture de blindage,
• Palplanches

3. Le mur de soutènement

• Mur poids : Le poids propre s’oppose à la poussée des terres. Réalisé en béton ou en maçonnerie de pierres, ses faces peuvent présenter un léger fruit.
• Mur voile : Le profil est étudié pour offrir une résistance suffisante à la poussée des terres. Composé d’une semelle et d’un voile BA, éventuellement de contreforts.

Ces ouvrages doivent être calculés pour éviter :

• Le glissement de la fondation sur le sol
• Le renversement ou le basculement du mur autour de l’extrémité avant de la fondation
• Le poinçonnement du sol sous la fondation
• Le glissement de l’ensemble ouvrage + sol (cas des murs de grande hauteur)

Exemple du mur voile :

4. Le voile contre terre

Problématique : réalisation d’un voile contre un existant, ou en limite de propriété, lorsqu’un terrassement avec talus ne peut être envisagé (problème d'emprise). Les solutions courantes possibles :

• Panneaux préfabriqués par passes alternées,
  
• Paroi projetée.

Exemple du panneau préfabriqué :

5. La paroi berlinoise et ses variantes

Les parois berlinoises sont composées de profilés métalliques reprenant la poussée des terres, qui s’exerce sur l’écran constitué de panneaux
de bois. C'est un soutènement provisoire adapté aux terrains sans venue d’eau.

Exemple de la paroi berlinoise :

6. La paroi moulée (coulée en place ou préfabriquée)

Dispositif de soutènement, de blindage et de fondation profonde, en béton armé coulé dans le sol. C’est un procédé technique qui remonte aux années $50$, mis au point en Italie avant de connaître un essor important. L’obligation faite à notre société d’investir le sous-sol des centres urbains est certainement la raison principale du développement du procédé, dont l’idée initiale était de pouvoir réaliser une tranchée profonde, sans assurer le blindage de ses parois. Initialement apparue comme un perfectionnement des écrans constitués de pieux jointifs ou sécants, la paroi moulée a pratiquement éliminé ces procédés.

La paroi moulée est réalisée à partir de la plateforme à l'aide d'un engin type hydrofraise ou benne preneuse. Les épaisseurs varient de $\mathrm{50~cm}$ à $\mathrm{1.50~m}$ pour une profondeur comprise entre $10$ et plus de $\mathrm{100~m}$ parfois. Le forage puis le bétonnage se réalisent la plupart du temps à l'abri de la bentonite (boue maintenant la paroi du forage en place).

7. Le tirant d’ancrage

Le tirant d’ancrage a pour but d’assurer la stabilité, en phase provisoire ou définitive, d’un écran de soutènement, par la mobilisation des sols environnants. On distingue deux grandes familles de tirants :

• Les tirants passifs (barres), qui mobilisent la butée du sol soit à l’aide d’une plaque, soit par un bulbe d’ancrage, la mise en tension du tirant provenant de la poussée des terres sur l’écran,
• Les tirants actifs (barres, torons), qui, scellés au terrain par une injection de coulis, sont précontraints après avoir été fixés à l’ouvrage.