Les planchers préfabriqués

                          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.