II -
Les planchers préfabriqués
Généralité :
Les planchers préfabriqués offrent de
nombreux avantages, entre autre l’absence de coffrages sur chantier, une
capacité portante élevée, de très grandes portées, une grande durabilité, etc.
Il
existe de nombreux types de systèmes de planchers préfabriqués, dont les
principaux sont :
-
Planchers alvéolés en béton armé et précontraint.
-
Planchers nervurés précontraints (TT ou U – inversé).
-
Planchers poutres - entrevous composites.
Les
principales exigences constructives posées aux planchers sont la capacité
portante, la rigidité, la capacité de répartition transversale de charges
concentrées et la transmission de charges horizontales par l’effet
diaphragme. En fonction de
l’utilisation, des exigences supplémentaires en matière d’isolation thermique
et acoustique, de résistance au feu, etc. peuvent être demandées.
II – 1. Les principaux types de planchers :
Introduction :
Les
planchers préfabriqués peuvent être classés selon leur méthode de production et
de mise en oeuvre en planchers complètement ou partiellement préfabriqués. Les
planchers entièrement préfabriqués sont composés d’éléments intégralement
réalisés en usine. Après montage, ils sont liaisonnés à la structure portante,
les joints transversaux étant remplis de béton fin. Dans certains cas, les
éléments de plancher sont recouverts
d’une couche de solidarisation coulée en place. Les planchers partiellement
préfabriqués sont composés d’une partie préfabriquée et d’une partie coulée en place.
La capacité portante finale est réalisée par l’action composite des deux
parties.
II
– 1. 1. Planchers préfabriqués alvéolés
II – 1. 1. 1. Planchers creux
Afin
de diminuer leur masse propre, les planchers alvéolés sont pourvus de canaux
longitudinaux. Ils sont principalement utilisés dans des bâtiments à grandes
portées et charges moyennes tels que les immeubles de bureaux, les hôpitaux,
les écoles, les centres commerciaux, les immeubles industriels, etc. Ils sont
également souvent appliqués dans des immeubles à appartements en raison de leur
prix intéressant et de leur montage rapide. Dans ce cas, ils sont réalisés en
béton précontraint ou en béton armé.
Les
éléments sont réalisés en différentes épaisseurs suivant les charges et portées
nécessaires. Le pourcentage d’espaces vides (volume des alvéoles par rapport au
volume d’un élément plein de même épaisseur) des planchers alvéolés se situe
entre 30% et 50%.
Les
éléments de plancher alvéolés précontraints ont généralement une largeur de 1,20 m et une longueur
jusqu’à 18 m.
La largeur réelle est 3 à 6 mm
inférieure à la largeur nominale afin d’être en mesure d’absorber les
tolérances de production et d’éviter que suite à une accumulation de sur
largeurs l’ensemble du plancher ne soit trop large. Les faces latérales des éléments
sont profilées afin de permettre la transmission des efforts de cisaillement
verticaux entre éléments de plancher juxtaposés après le remplissage et le
durcissement des joints longitudinaux. Les dalles alvéolées précontraintes sont
fabriquées avec des machines d’extrusion ou à lissage automatique sur des longs
bancs de précontrainte, sur lesquels sont tendus des torons ou fils de
précontrainte. Les bancs de précontrainte sont en acier ou en béton, ont une
largeur de 1200 mm
(moins la tolérance requise
susmentionnée) et une longueur de 80 à 150 m. Lors de l’extrusion, le béton est coulé
dans le profil et compacté en comprimant et vibrant le mélange à basse fréquence.
Dans le procédé par lissage, le compactage du béton ne se fait que par
vibration à haute fréquence.
Les
paramètres de conception principaux sont l’importance de la précontrainte, la
disposition des armatures de précontrainte et l’épaisseur des éléments.
Après
durcissement, les éléments se trouvant sur le banc de précontrainte sont sciés
à la bonne longueur à l’aide d’une scie diamantée. Normalement, le trait de
scie est perpendiculaire au sens longitudinal de la dalle, mais un about de
dalle biseauté ou entaillé est possible, par exemple lorsque le plan du
bâtiment n’a pas une forme rectangulaire.
Les
éléments armés ont normalement une largeur de 300 à 600 mm. Dans certains pays,
entre autres en Belgique, ils sont fréquemment utilisés dans la construction
d’habitations.
Avantages
·
Libération de l’espace construit offrant de larges possibilités
d’agencement par la suppression des appuis porteurs intermédiaires.
·
Franchissement de grandes portées jusqu’à 18 mètres suivant les cas
de charges avec des épaisseurs de planchers réduites.
·
Légèreté du produit.
·
CF 1 h à 2 h pour des dalles standards, voire plus dans le cas de
produits spécifiques. Résistance au feu vérifiée suivant le DTU Feu (DTU P
92-701).
·
Qualité et fiabilité d’un produit industriel.
·
Rapidité de mise en oeuvre.
·
Pose sans étai (sauf indication contraire du plan de pose).
·
Faible quantité d’armatures complémentaires à mettre en oeuvre sur
chantier.
·
Réduction et maîtrise des délais de réalisation du gros œuvre,
intervention rapide des autres corps d’état.
II – 1. 1. 2. Planchers nervurés
En donne quelques exemples typiques de
la section transversale d’éléments de plancher nervurés. Ils sont généralement
réalisés en béton précontraint. Les avantages principaux de l’utilisation de ce
type de planchers sont :
-
Leur grande capacité portante pour les grandes portées;
-
Aux appuis, les nervures des éléments peuvent être découpées sur un
tiers de la hauteur, ce qui permet de diminuer considérablement l’épaisseur
totale de la construction;
-
Les éléments TT sont réalisés en dimensions standard de 2400 mm de largeur (en
réalité).
-
2390 mm ou de 3000
mm. Les éléments en U inversé ont généralement une
largeur de 600 ou 1200 mm.
L’épaisseur
totale des éléments TT se situe normalement entre 150 mm et 800 mm et la portée maximale
correspondante va d’environ 22
m à 28 m.
Les éléments ont une grande stabilité et une grande capacité portante.
L’épaisseur de la dalle des éléments peut varier entre 40/50 et 80/120 mm. Pour
des dalles minces, une couche de compression coulée en place est nécessaire
pour pouvoir absorber les charges
transversales verticales et pour permettre l’action diaphragme horizontale du
plancher.
II – 2. Conception d’éléments de plancher préfabriqués :
Généralités :
La
conception et le calcul d’un plancher préfabriqué se fait en deux étapes :
a)
Les éléments individuels
b)
L’interaction des éléments dans l’ensemble du plancher et dans la stabilité
générale du bâtiment.
Les
éléments individuels sont dimensionnés pour les moments de flexion et les
efforts tranchants, éventuellement en combinaison avec les charges de torsion.
La résistance au poinçonnement pour d’importantes charges concentrées doit
également être vérifiée. Enfin, il convient de calculer la flèche qui doit être
limitée aux valeurs recommandées. D’autres critères de conceptions potentiels
sont la résistance au feu, les caractéristiques acoustiques et thermiques, la
durabilité, les manipulations et les méthodes de construction.
II – 2. 1. Eléments de
plancher alvéolés précontraints
Les éléments de plancher précontraints
ne disposent généralement pas d’autres armatures que les fils de précontrainte
longitudinaux ou torons. Ils sont fixés par adhérence, de sorte que
l’introduction de la précontrainte ait lieu sur une certaine longueur de
transmission. Étant donné que cette zone se situe à l’appui des éléments de
plancher, il faudra faire appel à la résistance à la traction du béton pour
reprendre la charge transversale.
Comme dans tout élément en béton
précontraint, la valeur de calcul de la résistance à l’effort tranchant est
calculée pour deux zones : une zone à proximité des appuis (rupture par
combinaison d’effort tranchant et de traction) et une zone où les fissures de
flexion peuvent apparaître (rupture par combinaison d’effort tranchant et de
compression). Cette dernière se manifeste à l’endroit de la fissure de flexion
lorsque la section de béton réduite comprimée rompt par cisaillement.
II
– 2. 1. 1. Planchers nervurés
Les
éléments de plancher nervurés sont généralement réalisés en béton précontraint.
Dans la plupart des cas, des étriers sont placés dans les nervures, bien que ce
n’est pas toujours nécessaire. Il faut toutefois prévoir une armature de
frettage aux extrémités pour l’ancrage des armatures de précontrainte. Le
tablier des éléments est muni d’un treillis armé pour la stabilité et aussi
afin de limiter d’éventuelles fissures de retrait. Ils jouent également un rôle
dans la répartition des charges horizontales vers les nervures. Les éléments
sont calculés d’après les règles classiques pour le béton précontraint.
II
– 2. 1. 2. Planchers à poutrains et entrevous
Le contrôle des planchers à poutrains
et entrevous comprend le calcul des poutrains et des entrevous pour les
différentes phases de la construction et après le durcissement du béton coulé
en place. Les poutres sont réalisées en béton armé ou précontraint. Dans les
poutrains armés on compte également le type avec des poutres treillis, composées
d’une semelle inférieure en béton et d’un treillis raidisseur.
Les
poutres peuvent intervenir de différentes manières dans la stabilité du
plancher :
-
Lors du montage, elles peuvent être autoportantes ou temporairement étayées par
de étançons.
-
Dans la construction du plancher final, elles peuvent reprendre la totalité ou
une partie de la charge. Dans le premier cas de figure, le béton coulé en place
n’est pas inclus dans la capacité portante, alors que dans le deuxième cas de
figure, il est admis que le béton de remplissage et parfois aussi les entrevous
contribuent à la capacité portante du plancher.
Les
entrevous peuvent également être utilisés de différentes façons :
-
Entrevous sans fonction stabilisante, qui
servent uniquement de coffrage pendant le montage.
Il
s’agit par exemple d’entrevous en polystyrène expansé.
-
Entrevous avec une fonction stabilisante partielle qui transmettent la charge
utile dans un direction transversale aux poutrelles, mais qui n’interviennent
pas davantage dans la capacité à la flexion et à l’effort tranchant.
-
Entrevous avec une fonction stabilisante totale qui avec le béton coulé en
place servent de zone de compression du plancher composite.
II – 3. La dalle champignon.
II
– 3. 1. Solution dalle champignon
Ce type de plancher permet d'atteindre
des portées de 16 m
sans retombées de poutres. Ce lui confère des qualités esthétiques
intéressantes et laisse une liberté totale pour le passage de fluides.
L'épaisseur
de ces dalles peut être fortement réduite par un calcul en béton armé sur 4
appuis ce qui, ajouté à l'absence de poutres, permet d'optimiser la hauteur
entre étages et réduit sensiblement le coût de l'ouvrage.
L'exécution sur chantier est très
rapide.
Cette
solution est préconisée en particulier pour les parkings.
II
– 3. 2. Mise en œuvre.
Pose sans étai ou avec étaiement réduit
La pose des prédalles sans étai est bien
adaptée aux planchers de grandes hauteurs pour lesquels l'étaiement est
difficile et coûteux. De fait, la réduction, voire la suppression des file d'étais
permet de circuler aisément sous la dalle pendant la phase chantier.
Solution BA
Les
portées maximales des prédalles BA sans étai sont de 5 m. Lorsque les moyens de
levage du chantier le permettent, des prédalles BA jusqu'à 12 cm d'épaisseur peuvent
être mises en oeuvre.
Dans
les cas où la légèreté est un facteur important, il est possible d'utiliser des
prédalles BA de 5 cm d'épaisseur munies de
raidisseurs renforcés.
II – 3. 3. Les avantages :
-
Solution particulièrement bien adaptée aux parkings et bureaux
-
Meilleure esthétique du fait de
l’absence de retombées de poutres
-
Grandes portées jusqu’à 16 m
-
Rapidité d’exécution sur
chantier
-
Incorporation plus facile des
réseaux
-
Réduction des épaisseurs des
dalles grâce au calcul sur 4 appuis
-
Optimisation de la hauteur entre étages et donc du coût de l’ouvrag
-
Qualité et flexibilité de la
préfabrication en usine
II – 4. Les prédalles.
Une
prédalle est une plaque préfabriquée, en
béton armé ou précontraint, de faible
épaisseur, servant de coffrage et destinée à former la partie inférieure d’un
plancher.
Sur chantier la prédalle est donc complétée
par un bétonnage qui, après durcissement, donne un plancher en béton armé
homogène, monolithe et massif. L' adhérence entre le béton coulé sur place et
la prédalle est assurée grâce aux poutrins tridimensionnels et à la surface de
la partie préfabriquée elle-même. (cf. schéma ci-dessous)
Une
fois la prédalle mise en place et le béton coulé, l'épaisseur finale du
plancher pourra varier en fonction de la surcharge et de la portée de 12 à 30 cm.
On
retrouve 2 types de prédalle utilisée sur les chantiers :
·
Prédalle standard.
·
Prédalle précontrainte
La
différence majeur de réalisation de ces deux éléments est que l’une est
réalisée obligatoirement en usine par rapport à ses caractéristiques mécaniques
et son comportement sous le poids d’une charge (précontrainte) alors que la
seconde peut être réalisée sur le chantier par l’intermédiaire d’une surface
coffrant suivant une normalisation.
III- Conclusion :
Le choix de la mise en place d’un dallage ou
d’un plancher nécessite une étude préalable de faisabilité. Cette étude est
liée à différentes contraintes :
-
Les charges que ce dernier devra supporter,
-
Les contraintes de sol,
-
Les contraintes de réalisation (étaiement, portée,…),
-
L’esthétique recherché,
-
Les moyens à disposition pour la réalisation,
-
Les contraintes de prix.
Une
étude préalable permet au responsable du chantier d’effectuer un planning
fiable ainsi qu’un estimatif du projet correct.
Enfin,
chaque plancher ou dallage a ses caractéristiques de réalisation à respecter,
nous avons au travers du présent rapport présenté l’ensemble de ces
caractéristiques.
