Structures préfabriqués en béton armé

LA PREFABRICATION DANS LA CONSTRUCTION

La préfabrication est une solution technique qui consiste à fabriquer à l’avance des produits (éléments de construction) généralement en grand nombre répétitif soit en usine ou sur chantier pour être montés sur place par la suite. Exemples : poutrelles, prédalles, panneaux…

Produits préfabriqués :
Les produits préfabriqués en béton se différencient par l’usage d’armatures (ex. : poutrelles, panneaux, escaliers) ou non (ex. : blocs, entrevous, tuiles).
Les produits moulés :Sont plutôt des produits de grandes dimensions. Ils nécessitent un coffrage de type table (ex. : panneaux de façade) ou un moule adapté une géométrie particulière (escaliers). Ils sont fabriqués en démoulage différé.
Les produits filés :Sont fabriqués (ex. : poutrelles) à l’aide d’une machine qui se déplace sur un banc de grande longueur (80 à 120 m) à une vitesse de l’ordre de 2 m/min. Le filage permet de fabriquer plusieurs lignes de produits en parallèle (8 à 22 rangées).
Toutes les techniques précédentes font appel à la mise en vibration calibrée du béton qui garantit une répartition homogène des constituants dans le volume du produit.

Dans la dernière étape de la fabrication, il est nécessaire de maintenir les produits dans des conditions thermo hygrométriques maitrisées pour que l’hydratation du ciment se fasse en totalité. C’est ce que l’on appelle la cure du béton.
Dans la plupart des cas, les produits préfabriqués présentent un béton durci compact et faiblement poreux. L’ajustement des paramètres de fabrication et de formulation des bétons permet d’adapter les produits a des exigences physico-chimiques et mécaniques pour atteindre les performances recherchées de solidité, de durabilité et d’esthétique.

Principaux intérêts et avantages

La méthode de construction à l’aide d’éléments préfabriqués :

Permet : D’obtenir une maîtrise de la qualité de fabrication ; De gérer plus facilement les contraintes climatiques ; D’offrir et de choisir une grande variété de parements à partir d’échantillons prédéfinis ; De proposer des prototypes permettant de visualiser l’aspect final ; De réaliser des composants de forme et de finition complexes ; D’introduire un droit à l’erreur dans le cycle de production ; D’adapter dans une certaine limite la cadence de livraison des produits au planning d’avancement du chantier (meilleure gestion des délais de réalisation) ; De construire plus rapidement, à un rythme préétabli ; De contrôler directement en usine la qualité des éléments.

Nécessite : Une préparation en amont du chantier pour définir précisément les éléments architecturaux et choisir les assemblages et les joints répondant aux spécifications du projet ; Une étude du transport des éléments sur le chantier ; La livraison impérative des éléments à des dates précises, en fonction du planning d’avancement du chantier, avec la possibilité de remplacer un élément non conforme dans un délai acceptable.

Implique : Une réalisation rigoureuse des assemblages et des joints, ce qui nécessite un personnel qualifié.

Différentes classes de la préfabrication

On distingue essentiellement deux grandes classes de préfabrication de la construction : la préfabrication légère et la préfabrication lourde.

La préfabrication légère:
Elle fait appel à des éléments d’un poids maximal de l’ordre d’une tonne ; éléments d’ossature tels que poutrelles, panneaux de façade, prédalles de petites dimensions, cloisons de séparation…etc.

La préfabrication lourde:
Elle met en jeu des éléments de construction dont les dimensions sont beaucoup plus importantes : planchers complets de pièces d’habitation, façade de la hauteur d’étage, éléments de couverture de grande portée et dont le poids peut atteindre actuellement une quinzaine de tonnes, le matériau utilisé est généralement le béton armé ou précontraint.

SYSTEMES ET ASSEMBLAGES DES STRUCTURES DE BATIMENTS PREFABRIQUES EN BETON ARME

Systèmes

Structures à ossature :Elles sont généralement constituées de poteaux, poutres, poutrelles et éléments de planchers préfabriqués. Les poteaux et les poutres peuvent être associés pour former les portiques.

Structures en panneaux préfabriqués :Elles sont essentiellement constituées de panneaux préfabriqués verticaux de la hauteur de l’étage formant les murs, les panneaux de planchers horizontaux en dalles pleines ou évidées. C’est la solution la plus employée dans la construction de logements, on distingue deux formes : Structures unidirectionnelles : les planchers portent dans une seule direction. Structures bidirectionnelles: ou à murs croisés ; les cloisons sont des éléments porteurs.

Structures en cellules: Composées de cellules en béton complétement préfabriquées. L’emploi des éléments volumiques peut être limité à la réalisation des blocs sanitaires ou des blocs gaines autour desquels sont montés des structures en panneaux.

Assemblages

En référence à la norme P 10-210 (DTU 22.1), les assemblages sont classés selon Quatre types.

Type 1 : joints de mortier continus
Ils sont utilisés pour réaliser des appuis simples. Leur emploi est limité à des montages ne nécessitant pas la reprise d’efforts de cisaillement importants.

Type 2 : liaisons continues bétonnées sans armature en attente
Elles permettent de reprendre les efforts de cisaillement se développant orthogonalement à deux éléments juxtaposés ;

Type 3 : liaisons continues bétonnées avec armatures en attente
Elles assurent la transmission d’efforts d’un élément à l’autre et sont aussi employées pour réaliser les chaînages. Leur section transversale peut être utilisée comme verrou de cisaillement positionné entre deux séquences mitoyennes de murs. Des dispositifs tels que des crantages ou des boucles de liaisons métalliques permettent de renforcer la résistance au cisaillement.

Type 4 : liaisons ponctuelles
Ce sont des liaisons bétonnées, boulonnées, brochées ou soudées qui permettent de réaliser le montage à sec des éléments (c’est-à-dire sans, ou avec peu de coulage de béton). Elles sont fréquemment employées du fait de leur simplicité de mise en œuvre. Selon leur constitution, elles peuvent reprendre un cisaillement.

Les liaisons ponctuelles bétonnées sont également employées pour réaliser des continuités de chaînage.

Les éléments non porteurs utilisent le plus souvent des liaisons ponctuelles spécifiques (suspentes) pour se fixer à la structure de l’édifice.

MISE EN ŒUVRE DES ELEMENTS PREFABRIQUES

Les panneaux et voiles verticaux :Ils constituent la plus importante famille d’éléments architecturaux utilisés. Les panneaux sont classés en quatre sous-familles selon leur constitution interne : panneaux pleins ; panneaux nervurés ; panneaux sandwiches à voiles solidaires ; panneaux sandwiches à voile extérieur librement dilatable. Ils peuvent être porteurs, autoporteurs, portés ou suspendus.

Les éléments de structure :Les éléments linéaires de structures (poteaux et poutres) ainsi que les éléments de type dalles permettent de constituer l’ossature de la construction.

Principaux types d’assemblage :Appuis simples. Appuis simples avec transfert d’efforts de cisaillement. Assemblages de continuité. Articulations utilisées généralement entre poteaux et poutres. Encastrements (avec transfert d’un moment) utilisés principalement en fondation.
Marquage CE et certification :La norme NF EN 13225 relative aux éléments linéaires de structure en béton a été publiée en février 2005 et révisée en 2007.

Les éléments de la toiture: Ce sont des éléments porteurs assurant à eux seuls, ou par l’adjonction d’autres matériaux, les fonctions suivantes : résistance et stabilité ; sécurité en cas d’incendie ; étanchéité.
Assemblages :Ce sont en général des appuis simples brochés de manière à permettre la libre dilatation de ces éléments soumis à des écarts de température entre leur face supérieure et leur face inférieure.
Marquage CE et certification: La norme NF EN 13693 relative aux éléments spéciaux de toiture en béton a été publiée en février 2005.

Les escaliers :Ils sont classés en deux grandes sous-familles :
les escaliers monoblocs constitués d’une volée ou d’une fraction de volée (un quart, un tiers, un demi) ;
les escaliers à marches indépendantes assemblées entre elles ou sur une ossature assurant la stabilité de l’ensemble.
Principaux types d’assemblages :Appuis simples. Assemblages bétonnés avec armatures en attente. Assemblages brochés. Assemblages spéciaux de désolidarisation antibruit.
Normalisation et certification :NF EN 14843 – Escaliers en béton ; NF Escaliers. La norme NF EN 14843 relative aux escaliers en béton a été publiée en juillet 2007.

Les parois et murs de soutènement :En soutènement, deux types d’éléments en béton armé sont généralement utilisés :
les parois de soutènement : elles peuvent être constituées de plaques ou «écailles» associées à des tirants ou enfichées directement dans le sol sur une hauteur d’ancrage permettant d’équilibrer les efforts de poussée ;
Marquage CE et certification :Qualif-IB produits d’environnement.
La norme NF EN 15258 «Produits préfabriqués en béton – Éléments de murs de soutènement» a été publiée en janvier 2009.

Les éléments d’ouvrage d’art: Beaucoup d’éléments architecturaux sont employés lors de la finition de la construction de ponts (corniches, parapets) ou utilisés comme parois de coffrage pour la réalisation de piles de pont et de viaduc, ou bien encore de voiles de soutènement.

Conception: Les éléments doivent satisfaire aux règles de calcul applicables : Eurocode 2 ou règles BAEL 91 révisées 99 (jusqu’en 2010), ainsi qu’aux normes produits lorsqu’elles existent.

Table des matières

Introduction Générale
Chapitre 01 : Notion sur la préfabrication dans la construction
I. Introduction
II. La préfabrication dans la construction 
1. Définition
2. Produits préfabriqués
3. Principaux intérêts et avantages
4. Différentes classes de la préfabrication
III. Systèmes et assemblages des structures préfabriqués en béton armé 
1. Systèmes
2. Assemblages
IV. Mise en œuvre des éléments préfabriqués 
1. Les panneaux et voiles verticaux
2. Les éléments de structure
3. Les éléments de la toiture
4. Les escaliers
5. Les parois et murs de soutènement
6. Les éléments d’ouvrage d’art
V. Conclusion
Chapitre 02 : Méthode de calcul des éléments préfabriqués
I. Introduction 
II. Corbeaux
1. Méthode de calcul
2. Exemple
III. Fondation ( Fut d’encuvement) 
1. Généralités
2. Méthode de calcul
3. Exemple
IV. Conclusion 
Chapitre 03 : Descentes des charges et prédimensionnement
I. Introduction 
II. Présentation de l’ouvrage 
1. Implantation de l’ouvrage
2. Caractéristiques géométriques
3. Description de l’ossature
III. Evaluation des charges 
1. Introduction
2. Les planchers
3. Les escaliers
IV. Prédimensionnement 
1. Poutres
2. Poteaux
3. Escaliers
4. Planchers
5. Voiles
V. Modélisation des éléments structuraux 
1. Présentation du logiciel ROBOT
2. Insertion des sections sur le logiciel
3. Les voiles préfabriqués
VI. Conclusion
Chapitre 04 : Etude sismique
I. Etude sismique
1. Introduction
2. Choix de la méthode de calcul
3. Classification du site
4. Détermination de la force sismique de chaque niveau
5. Période fondamentale
6. Vérification de le résultante des forces sismiques
7. Vérification de l’effet P-Delta
Chapitre 05 : Ferraillages des éléments
I. Introduction
II. Ferraillage des poutres
1. Détermination des moments
2. Calcul de ferraillage
III. Ferraillage des poteaux 
1. Ferraillage du poteau
2. Corbeaux
IV. Planchers
V. Ferraillage des Voiles
VI. Ferraillage des escaliers 
VII. Conclusion
Chapitre 06 : Etude d’infrastructure
I. Etude de l’infrastructure
1. Introduction
2. Semelles isolées
3. Semelle filante
4. Fût d’encuvement de la semelle isolée
5. Fût d’encuvement de la semelle filante
II. Conclusion
Conclusion générale et perspectives
Bibliographie

Télécharger le rapport complet