maconnerie
Terrassement et fondations - notion de béton armé
" maison - petite construction "
Les fondations sont l’assise du bâtiment et vont être réalisées dès le décaissement des terres, avec les fouilles en masse et en rigole pour l’implantation du bâti futur.
Au moyen d’un engin de terrassement, le nivelage du terrain est éffectué et les terres mises en attente puis les fouilles réalisées.
Les terres, dès l’instant où elles sortent de leur milieu originel , augmentent de volume ; on dit qu’elles foisonnent et le foisonnement normal est d l’ordre de 40%.
Ainsi, lorsqu’un terrassier fait des excavations et des fouille, s ‘il lui est nécessaire de « brasser et retirer » 100 m3 de terre , le transport nécessitera des camions pour 140 m3.
Les fondations qui vont être exécutées sont indispensables et sont des ouvrages calculés par l’ingénieur BA ou un bureau d’études.
Pour une maison normale, les fouilles sont de l’ordre de 50 x 50 cm.
Les fondations réalisées en béton vont tenir compte :
- De la charge propre du bâti ,
- De la charge d’utilisation,
- De la portance du terrain , de la pente du terrain de son taux d’humidité latent .
Après les fouilles en rigole exécutées, et après implantation de la maison au moyen d’un matériel aujourd’hui adapté type laser , il sera exécuté en fond de fouille un béton de propreté dosé à 250 kg.
Puis des fondations en semelle filante , réalisées en continu sur tout le périmètre du bâti, qui sera un chaînage horizontal bas , voire des semelles isolées pour reprendre la charge de poteaux futurs reliées aux semelles filantes seront coulées.
Rappel physique :
P = F / S
L'unité légale de la pression est le Pascal (Pa) correspondant à 1 Newton(N) / m².
on exprime souvent la pression en bar (b). une pression de 1 bar correspond à une force de 1 Kg s'exerçant sur une surface de 1 cm²
1 bar = 100 000 Pa ( pression atmosphérique ).
Notion " ultra sommaire" de résistance de matériaux et béton armé en ouvrage bâtiment :
La compression : Le poids tend à écraser les matériaux, à les compresser. La qualité première des matériaux de construction est donc de résister à cette pression sans se déformer.
Dès que le poids fait perdre à la matière sa cohésion, en écartant les fibres d’une colonne de bois par exemple, la résistance maximum est dépassée.
La traction : La résistance à la traction est la capacité d’une pièce à résister à l’arrachement. Comme le fil que l’on tire à chaque bout jusqu’à la rupture : c’est l’effort strictement opposé à celui de compression.
La flexion : est une composante des deux efforts précédents. La pièce qui résiste à un effort de flexion résiste à des efforts de compression d’une part et à des efforts de traction d’autre part, comme le linteau ( fibres ) couvrant un passage .
Le ciment n’offre pas de résistance aux efforts quels qu’ils soient. Le ciment n’est que le liant du sable et du gravier.
Le gravier offre une très bonne résistance à la compression.
Le béton ( gravier + ciment ) est donc un excellent matériau de construction pour résister aux efforts de compression. .
Les fers mis en place dans le béton : c’est la matière placée au sommet et à la base de la poutre qui donne ses qualités de résistance.
Pour une poutre horizontale, c’est la partie supérieure qui résiste à la compression donc le béton seul est suffisant. Donc , la partie inférieure doit résister à la traction, et c’est ainsi , dans cette partie qu’il faut placer le ferraillage
Enfin , Dans une colonne, le risque est le flambement ou « flambage « : C’est l’effort qui pousse la colonne à se tordre, comme lorsque l’on pousse sur une aiguille verticale .
En béton armé :
Qu'en est-il de sa résistance à la compression et à la traction ?
Le ciment n'offre que peu de résistance aux efforts quels qu'ils soient. Il est le liant du sable et du gravier. Le gravier (= pierre) offre quant à lui une très bonne résistance à la compression. Un bon béton est donc un excellent matériau de construction pour résister aux efforts de compression. Facile d'emploi, souple, rapide de mise en œuvre (comparé à la taille de pierres...), peu coûteux, etc. Il possède de très bons avantages qui en font un matériau d'usage courant sur les chantiers de construction aujourd'hui.
En revanche, sa résistance à la traction est très faible. Bien inférieure encore à la résistance des roches puisque dans le cas du béton c'est le mortier qui céderait en premier aux efforts d'arrachement. Cela en fait donc un matériau impropre à résister aux efforts de flexion puisqu'il s'agit de résister à la fois à la compression et à la traction. Pour en faire des poutres ou des colonnes (qui se doivent de résister à la compression comme à la traction) on allie du fer au béton. Le fer apporte ses très bonnes qualités de résistance à la traction. Cela permet d'allier les qualités de l'un (béton => pression) avec les qualités de l'autre (fer => traction) en proportions telles que le coût final du produit reste satisfaisant (beaucoup de béton peu cher et peu de fer très cher).
Les dalles (parfois qualifiées de semelles), sont généralement des ouvrages porteurs, posés directement sur le sol naturel, après une certaine préparation, ou sur un plancher béton.
D'une épaisseur d'environ 8 à 10 cm, elles doivent, aussitôt qu'elles dépassent les 2 m2, et surtout si elles doivent supporter un poids important, être armées d'un treillis et de fers qui assureront sa rigidité. On les utilise pour la réalisation de terrasses, de fondations légères, d'allées, etc.
Les chapes, quant à elles, d'une épaisseur moindre (5 cm au maximum), sont destinées à recouvrir des dalles grossières, des sols compacts irréguliers, ou à apporter une assise plane avant la pose d'un carrelage, ou tout simplement d'un revêtement souple.
Les murs :
Comme le béton banché est hors de portée de l’amateur, les murs seront généralement montés en parpaings. Pour le sous-sol ou les murs de soutènement, on choisira une épaisseur de 25 cm ou des parpaings spéciaux, dits « de coffrage », qui peuvent être remplis de béton garni de ferraille. Les étages seront montés en parpaings de 20 cm. Le parpaings de 15 cm est plus délicat à monter et les 5 cm gagnés ne sont pas déterminants dans le choix. L’utilisation de briques (isolantes ou non) pour les murs de l’habitation est possible mais plus délicate, en particulier pour la réalisation des enduits. Le béton cellulaire est un produit séduisant par sa légèreté et son facteur d’isolation mais son prix de revient est plus élevé. En outre il n’est pas évident de réaliser un enduit résistant aux intempéries et au gel sur un mur exposé.
Ainsi, le BA bénéficie de l’apport de fers torsadés pour rôle structurel .
Les fors torsadés appelés fer tor sont aujourd’hui désignés à haute adhérence ( fers HA ).
Ces fers répondent à des critères précis de solidité liés à leur section et leu assemblage , leur adhérence au béton ; hier assemblé sur chantier, les fers aujourd’hui sont calculés , préparés et assemblés en usine ce qui constitue une fiabilité et un gain de temps ; on trouve en éléments préfabriqués , des poteaux, des poutres et poutrelles , des semelles de fondations, des chaînages ….
Les sections de TORS sont de l’ordre de 12/14 mm / 200, avec des fils doux de 6 , des longueurs de 6 ml …. Ces chiffres étant usuels et moyens et non exhaustifs , toutes dimensions peuvent exister.
L’acier est flexible.
Le béton est solide mais cassant.
Le mariage acier + béton donne un ouvrage résistant , répondant aux deux performances . Cepant l’enrobage doit être soigné afin de parfaire ce mariage ; tout fer coulé en béton ne doit pas se trouver à moins de 2 cm de la face nue de l’ouvrage , sinon, un éclatement du béton des formera ( souvent du à l’humidité qui atteint le fer, le fait rouiller et augmente son volume ) et ainsi provoque un décollement et une faiblesse ).
L’outillage le plus important pour édifier ces murs est celui qui permet à l’homme de se trouver à hauteur de travail et c’est l’échafaudage. Pour une hauteur d’étage (inférieure à 3m) on peut se débrouiller avec des piles de parpaings et de bon madriers ;
c'était " avant " et encore parfois en 2020 sur les chantiers mal ordonnés : c'est interdit même si ca se fait encore !
Toutefois, pour terminer les pignons il faudra s’en procurer un. Compte tenu du poids des parpaings, un matériel sérieux est indispensable.
Les divers murs :
Les murs extérieurs porteurs ou de pourtour, ils sont percés pour des portes extérieures et de fenêtres et généralement doublés par une isolation thermique.
Le mur-rideau (aussi appelé « façade rideau ») est un type de façade légère étanchéité avec pare pluie, pare vapeur, profilé, verre , bardage, isolant .
Les murs de refend, intérieurs, ils servent de renforts pour rigidifier la construction, porter les poutrelles de la dalle et répartir l’étage en différents volumes. Leur épaisseur est parfois plus faible que celle des murs de pourtour
Les murs de pignons supportent les côtés du toit ( sauf en 4 pans )
Les murs de refend sont des murs porteurs situés à l’intérieur
Les murs de façade sont les murs de pourtour quand ils ne sont pas pignons
Les murs de fondation forment la partie enterrée du mur
Le mur de soutènement à un rôle supplémentaire à ceux ci avant ; il retient des terres ..
Les structures porteuses sont :
A simple paroi ou double
La partie inférieure d’une ouverture est matérialisée par un seuil (pour les portes) ou par un appui (pour une fenêtre)
La partie supérieure d’une ouverture (intérieure ou extérieure) est constituée par un linteau reposant sur les murs et supportant la charge du mur, de la dalle ou de la charpente placés au-dessus de lui.
Le linteau peut être une poutre en béton armé ou préfabriqué. Il existe des linteaux préfabriqués en forme de coffrage (ou coffre de volet roulant)
Le chaînage surmonte les murs et réunit ceux-ci de façon ferme puisqu’il s’agit d’un ensemble de poutres en BA travaillant essentiellement à la traction. Il est souvent coulé en même temps que la dalle et son ferraillage se marie avec les poteaux de coins, piliers...
À la fin de la construction, les murs extérieurs seront enduits, crépis ou bardés (avec ou sans isolation extérieure) pour mieux résister à la pluie. Il est préférable d’attendre la fin du gros œuvre pour enduire les murs à cause des microfissures qui pourraient apparaître au moment de la stabilisation de la construction.
D’autres techniques de construction sont aussi utilisés :
brique alvéolée isolante (encore appelée Monomur, du nom d'une marque déposée): la pose en joint mince permet un gain de temps à la construction, et l’ajout d’isolant n’est pas nécessaire ;
bloc de béton cellulaire, même fonction que la brique isolante
colombage : dans certaines régions. Les vides peuvent être comblés par du béton cellulaire, de la brique enduite ;
pisé : expérimental ; murs de terre posée par couches successives, puis "tranchée" à dimension ;
ossature bois : pour ceux qui préfèrent le travail du bois à la maçonnerie conventionnelle.
Les planchers et dallages :
La dalle repose sur les murs. Pour qu’elle soit bien horizontale, il est nécessaire d’araser le dessus des murs en coulant sur toute leur longueur une couche de mortier de quelques centimètres d’épaisseur, nivelée au niveau à eau ou mieux, à l’aide d’un laser balayant de bonne qualité.
L’ossature du plancher doit être appuyée sur la structure verticale du bâtiment ; le plancher supporte son propre poids et une charge d’exploitation qui représente environ un total de 500 kg / m². ( 250 kg par poste ).
Aujourd’hui le plancher préfabriqué a remplacé la dalle pleine en béton des années 1960.
Ce type de plancher est solide, rapide de mise en œuvre , avec des portées intéressantes, calculées par les bureaux d’étude des fabricants.
On utilise :
Des poutrelles en béton précontraint
Des hourdis de toute nature ( béton, terre cuite, isolant … )
Des armatures aciers
Du treillis soudé, chapeaux, chaînage , un béton dosé à 350 kg …
La réalisation d’une dalle de compression sur un plancher poutrelles/hourdis peut sembler un travail de spécialiste, pourtant il n’y a que le coulage qui soit délicat et nécessite à la fois d’être bien préparé et d’avoir l’aide d’une poignée d’amis fiables.
L’étude du plancher, c’est-à-dire le calcul des poutrelles, l’estimation des hourdis nécessaires... est effectué par un technicien au service du fournisseur du matériel à partir d’un plan coté exact de la maçonnerie indiquant les endroits subissant des surcharges (cheminée, gros aquarium...), les balcons, escaliers
Replier les fils d’acier à 90 degrés si nécessaire. Les poutrelles reposent à leurs extrémités sur 5 cm environ.
Répartir les poutrelles en utilisant un hourdis à chaque extrémité comme entretoise.
Placer les hourdis.
Étayer dans l’axe de chaque travée en utilisant des chevrons en partie haute et des madriers sur le sol. Ne pas trop brider les étais car les poutrelles précontraintes ont une contre-flèche qu’elles perdront lorsqu’on enlèvera les étais et seront alors à peu près droites.
Réaliser le coffrage des rives de dalle (planches, liteaux, serre-joints de maçon...) en tenant compte de la hauteur finie de la dalle.
Coffrer la trémie de l’escalier et les réservations les plus importantes (gaines techniques).
Ferrailler le chaînage, les bords de la trémie...
Mettre en place le ferraillage du balcon éventuel et le maintenir soulevé avec des entretoises.
Placer le treillis soudé en plaque et attacher celles-ci avec du fil de fer.
Vérifier une dernière fois la solidité et le niveau des coffrages.
L’épaisseur est de l’ordre de 4 à 6 cm mais on doit majorer le volume calculé pour tenir compte de la forme des poutrelles (en T) et des hourdis. En outre il va falloir couler le chaînage en même temps. On trouve dans le commerce des éléments de ferraillage tout prêts
Le coulage proprement dit de la dalle est une opération simple mais assez délicate. Pour que celle-ci soit étanche à la pluie (le chantier va quand même durer quelques mois) il est préférable de couler en une seule fois avec du béton prêt à l’emploi apporté par une ou plusieurs « toupies ». Si l’opération se déroule à la période froide il est possible d’ajouter de l’antigel et si le tirage de la dalle doit prendre plusieurs heures on peut éventuellement demander au livreur de rajouter quelques dizaines de litres d’eau, à moins que le temps ne soit à la pluie.
Le temps idéal correspond à une température de 10 à 20°C, couvert mais sans pluie. Par temps ensoleillé ou très sec on peut lutter contre le dessèchement de la surface en arrosant doucement. Un léger écroûtage de la surface est sans importance. Le gel est plus gênant, si la dalle n’est pas trop grande on pourra envisager de la recouvrir par une bâche.
Bien que le béton « prenne » en quelques heures, il est préférable de ne pas poser de charges lourdes sur la dalle avant plusieurs jours. Une palette de parpaings représente plus d’une tonne, et même si l’étayage est bien fait la dalle va fléchir et se fissurer. Ces microfissures ne sont généralement pas gênantes, sauf si l’on compte sur la dalle pour protéger de la pluie le matériel stocké en dessous d’elle. Normalement on attend 4 semaines avant d’enlever les étais.
Revenons aux fondations ……
Les fondations servent essentiellement à ancrer la construction dans le sol et à assurer que le sol ( effort compression et non flexion )
Les fondations simples supporte le poids total de la construction.
Les fondations sont un élément essentiel de la construction. Elles constituent une base rigide qui supporte la masse de la maison toute entière (des centaines de tonnes) et répartit cette charge sur le sol de façon à ce qu’aucun mouvement du bâtiment ne soit décelable. Elles sont constituées d’une ensemble de poutres (encore appelées semelles) en béton armé solidement reliées entre elles. La surface des fondations est calculée pour que la pression (en MPa = N/mm²) soit inférieure à la résistance du sol et ce en toutes circonstances (fortes pluie, sécheresse, gel...). Cette surface est proportionnelle à la largeur de la semelle et doit être déterminée à chaque endroit en fonction de la charge locale à supporter (mur, conduit de fumée, escalier, poteau...) et des variations de résistance du sol à la pression. Les semelles sont coulées dans des fouilles en rigoles de section pratiquement carrée creusées par le godet d’un tractopelle. Le fond des rigoles doit être propre au moment de la coulée et la surface des semelles sera nivelée de façon à faciliter la pose des murs.
Sous sol – vide sanitaire :
La différence entre sous-sol et vide sanitaire n’est pas seulement une question de hauteur : accès extérieur, nivellement du sol, éclairage, drainage... sont nécessaires dans le cas d’un sous-sol.
Il n’est pas rare qu’un sous-sol soit aménagé par la suite pour être habitable. Il vaut mieux prévoir dès le début les écoulements pour installer par la suite des toilettes ou une salle de bain n’est pas une précaution inutile. Les ouvertures seront prévues en conséquence (larmiers ou fenêtre, portes, etc.)
Un sous-sol bien drainé ne doit pas être humide. Toutefois dans une pièce chauffée d’un sous-sol et non isolée peut se produire de la condensation qui pourrait laisser croire à des infiltrations.
Le sol pourra être isolé en ajoutant un plancher sur lambourdes si l’on a prévu une hauteur suffisante dès le départ, mais il conviendra dans ce cas de ventiler correctement les locaux car un plancher bois est très sensible à l’humidité.
Les fondations plus importantes doivent être étudiées comme si elles étaient des poutres et c’est pourquoi elles sont armées en fonction de la contrainte demandées. . Le sol peut s’enfoncer par endroit et la semelle devra supporter le poids du bâtiment dans la partie où la terre sera faible .
Parfois, il vaut mieux concevoir un radier qui va supporter en tous ses points la charge de l’ensemble Cette dalle sera ferraillée dans sa partie basse pour résister à la flexion.
Les petits linteaux seront ferraillés légèrement en partie basse.
Les dalles de couverture vont devoir résister à la flexion. Les efforts viendront essentiellement de leur propre poids ; c’est pourquoi la dalle pleine a laissé place au plancher préfabriqué POUTRELLES HOURDIS.
La procédure de réalisation …. des fondations aux murs :
Les angles d’une construction sont implantés avec précision …. Attention à respecter les prospects !!!! Ces angles sont matérialisés par des piquets que l’on prolonge à une chaise ( chaise un ouvrage en bois simple qui est constituée par 2 piquets plantés dans le sol et reliés entre eux par une planche. Hors emprise des terrassements, à 2 ou 4 mètres, on pose dans le prolongement de l’alignement de chaque façade et perpendiculairement à ce dernier, une chaise pour repérer les angles à décaisser avec l’engion mécanique.
On réalise les fouilles
On coule un béton de propreté
On réalise le ferraillage pour semelle filante
On coule en respectant le niveau
On laisse sécher le béton puis on fait une arase étanche ( exclusion des feutres …. )
On réalise le montage des murs , par parpaings ou agglomérés de ciment hourdés au mortier .
ci dessous sur la photo : Mise en oevre de briques en terre cuite alvéolées au mortier de ciment :
exactement ce qu'il ne faut pas faire à savoir des briques creuses en terre cuite hourdées au ciment et enduites au mortier sur une face ;
on va directement aux désordres à savoir " ponts thermiques et fissures" .
