Coffrage et armature
Introduction au coffrage et à l'armature
Le coffrage et l'armature constituent l'ossature invisible mais essentielle de tout ouvrage en béton. En tant que finisseur de béton, votre rôle ne se limite pas à la finition de surface ; vous devez comprendre comment le béton est soutenu, renforcé et préparé avant même qu'il ne soit coulé. Le coffrage est un moule temporaire qui donne sa forme au béton frais, tandis que l'armature est l'ensemble des barres d'acier noyées dans le béton pour reprendre les efforts de traction. Cette connaissance est cruciale pour l'examen du Sceau rouge, car elle influence directement la qualité, la sécurité et la durabilité de l'ouvrage final.
Le béton possède une excellente résistance à la compression (typiquement 25 à 35 MPa pour les bétons courants) mais une résistance à la traction très faible (environ 10 % de sa résistance en compression). C'est pourquoi l'armature d'acier, avec sa haute résistance à la traction (400 ou 500 MPa), est indispensable. Le coffrage, quant à lui, doit résister à la poussée latérale du béton frais, qui peut atteindre des valeurs considérables, surtout lors de coulées rapides.
Types de coffrages
Coffrage en bois
Le bois est le matériau de coffrage le plus traditionnel et encore largement utilisé. On distingue :
Le bois de sciage (planches de 25 mm ou 38 mm d'épaisseur) : utilisé pour les petits ouvrages, les fondations et les formes simples.
Le contreplaqué de coffrage (phénolique ou filmé) : panneaux de 12 à 19 mm d'épaisseur, offrant une surface lisse et une bonne durabilité. Le contreplaqué filmé est recouvert d'un film de phénol qui facilite le décoffrage et donne une finition supérieure.
Les poutres de coffrage (en bois lamellé ou en I) : utilisées comme supports horizontaux pour les grands coffrages de dalles.
Le bois présente l'avantage d'être léger, facile à couper et relativement économique. Ses inconvénients sont sa durabilité limitée (5 à 10 réutilisations pour le contreplaqué filmé) et sa déformation sous l'humidité.
Coffrage métallique
Les coffrages métalliques (acier ou aluminium) sont utilisés pour les ouvrages répétitifs : colonnes, poutres, murs, escaliers préfabriqués. Ils offrent :
Une grande durabilité (200 à 1000 réutilisations).
Une surface de béton très lisse.
Une grande rigidité, permettant des vitesses de coulée plus élevées.
L'aluminium est plus léger que l'acier (environ 1/3 du poids) mais plus coûteux et plus sensible aux chocs. L'acier est plus robuste mais nécessite des grues pour sa manutention.
Coffrage perdu
Le coffrage perdu reste en place après le coulage et fait partie intégrante de l'ouvrage. On le retrouve dans :
Les fondations avec des panneaux isolants (coffrage isolant).
Les dalles sur sol avec des polystyrènes.
Les colonnes avec des tubes en carton ou en métal mince.
Ce type de coffrage élimine l'étape du décoffrage mais nécessite une attention particulière à la planéité et à l'étanchéité, car on ne peut pas corriger les défauts après coup.
Coffrage glissant et coffrage grimpant
Le coffrage glissant est utilisé pour les ouvrages verticaux de grande hauteur (silos, tours, noyaux d'ascenseurs). Il est hissé en continu à l'aide de vérins hydrauliques, à une vitesse de 150 à 300 mm/h. Le béton doit avoir une prise contrôlée pour supporter son propre poids dès qu'il quitte le coffrage.
Le coffrage grimpant est utilisé pour les ouvrages à géométrie variable (piles de ponts, murs de grande hauteur). Il est déplacé par étapes, généralement à l'aide d'une grue, et peut être réglé en hauteur et en largeur.
Pression du béton frais sur le coffrage
La pression latérale exercée par le béton frais sur les coffrages est un paramètre de conception essentiel. Elle dépend de plusieurs facteurs :
La hauteur de coulée (pression hydrostatique maximale = densité × hauteur).
La vitesse de coulée (en mètres par heure).
La température du béton (une température plus élevée accélère la prise et réduit la pression).
La consistance (affaissement) du béton.
La présence de vibrateurs (la vibration augmente la pression).
La pression maximale théorique est calculée selon la formule hydrostatique :
P = ρ × g × h
Où :
P = pression (Pa)
ρ = masse volumique du béton (≈ 2400 kg/m³)
g = accélération gravitationnelle (9,81 m/s²)
h = hauteur de béton frais au-dessus du point considéré (m)
En pratique, pour un béton de consistance normale (affaissement de 80 à 100 mm) coulé à une vitesse de 1,5 m/h à 20 °C, la pression maximale est atteinte à une hauteur d'environ 2 à 3 mètres. Au-delà, la prise du béton réduit la pression hydrostatique.
Tableau 1 : Pression latérale approximative du béton frais (kPa)
| Vitesse de coulée (m/h) | Température 10 °C | Température 20 °C | Température 30 °C |
|---|
| 0,5 | 45 | 35 | 28 |
| 1,0 | 60 | 48 | 38 |
| 1,5 | 72 | 58 | 46 |
| 2,0 | 82 | 66 | 52 |
| 3,0 | 98 | 80 | 64 |
Valeurs pour un béton de masse volumique 2400 kg/m³, affaissement 100 mm. Ces valeurs sont indicatives ; consultez toujours les spécifications du projet.
Règle pratique pour l'examen
Pour l'examen, retenez que la pression maximale sur un coffrage de mur ne dépasse généralement pas 100 kPa pour des conditions normales de coulée. Si la vitesse de coulée dépasse 3 m/h ou si la température est inférieure à 10 °C, la pression peut atteindre des valeurs supérieures, nécessitant un renforcement du coffrage.
Étanchéité et alignement des coffrages
Étanchéité
Un coffrage doit être étanche pour éviter la perte de laitance (eau + ciment) qui affaiblirait le béton en surface et créerait des nids de gravier. Les mesures à prendre :
Utiliser des panneaux en bon état, sans trous ni déformations.
Appliquer un produit de démoulage (huile de coffrage) sur les surfaces en contact avec le béton. Ce produit facilite le décoffrage et protège le bois.
Sceller les joints entre panneaux avec du mastic, du ruban adhésif ou des profilés en caoutchouc.
Vérifier l'étanchéité des angles et des raccords.
Alignement et aplomb
L'alignement des coffrages doit être vérifié avant chaque coulée. Les tolérances courantes sont :
Aplomb : ± 5 mm par mètre de hauteur, maximum 20 mm sur la hauteur totale.
Alignement horizontal : ± 10 mm sur 3 mètres.
Dimensions : ± 10 mm pour les sections, ± 20 mm pour les longueurs.
Pour l'alignement, on utilise :
Des niveaux à bulle et des niveaux laser.
Des fils à plomb pour la verticalité.
Des théodolites ou stations totales pour les grands ouvrages.
Des étais et des tirants pour maintenir les coffrages en position.
Tirants et entretoises
Les tirants sont des tiges d'acier qui traversent le coffrage pour maintenir les deux faces à la bonne distance. Ils sont munis d'écrous et de plaques d'appui. Après décoffrage, les extrémités des tirants sont coupées ou les tirants sont retirés, laissant des trous qui doivent être rebouchés.
Les entretoises (ou écarteurs) maintiennent l'écartement entre les deux faces du coffrage pendant la coulée. Elles peuvent être en plastique, en béton préfabriqué ou en métal. Les entretoises en plastique laissent des trous coniques qui sont rebouchés après décoffrage.
Armature : principes et dispositions
Rôle de l'armature
L'armature d'acier dans le béton armé a pour fonction de :
Reprendre les efforts de traction que le béton ne peut pas supporter.
Répartir les fissures et limiter leur ouverture.
Résister aux efforts de cisaillement (étriers, cadres).
Reprendre les efforts de compression (armatures longitudinales des colonnes).
Types de barres et nuances d'acier
Au Canada, les barres d'armature sont désignées par leur numéro métrique (10M, 15M, 20M, 25M, 30M, 35M, 45M, 55M) qui correspond approximativement au diamètre en millimètres.
Tableau 2 : Caractéristiques des barres d'armature standard
| Numéro | Diamètre (mm) | Aire (mm²) | Masse (kg/m) |
|---|
| 10M | 11,3 | 100 | 0,785 |
| 15M | 16,0 | 200 | 1,570 |
| 20M | 19,5 | 300 | 2,355 |
| 25M | 25,2 | 500 | 3,925 |
| 30M | 29,9 | 700 | 5,495 |
| 35M | 35,7 | 1000 | 7,850 |
Les nuances d'acier sont désignées selon la norme CSA G30.18 :
Grade 400 (limite élastique de 400 MPa) : la plus courante pour les bâtiments.
Grade 500 (limite élastique de 500 MPa) : utilisée pour les ouvrages d'art et les charges lourdes.
Les barres sont identifiées par des marques en relief : le symbole du producteur, le grade (un chiffre) et le numéro de la barre.
Enrobage minimal
L'enrobage est la distance entre la surface extérieure de l'armature et la surface du béton. Il protège l'acier de la corrosion et assure la transmission des efforts. Les valeurs minimales selon le Code canadien du béton (CSA A23.1/A23.2) sont :
Tableau 3 : Enrobage minimal selon l'exposition
| Condition d'exposition | Enrobage minimal (mm) |
|---|
| Béton coulé contre le sol | 75 |
| Béton exposé aux intempéries (murs, poutres) | 50 |
| Béton non exposé aux intempéries (intérieur) | 30 |
| Dalles et murs (barres de 20M et moins) | 20 |
| Colonnes | 40 |
| Fondations sur pieux | 75 |
Espacement des barres
L'espacement minimal entre barres parallèles doit être :
Au moins égal au diamètre nominal de la barre.
Au moins 25 mm (ou 1,33 fois la dimension maximale du granulat).
Au moins 1,33 × la dimension maximale du granulat pour permettre un bon enrobage par le béton.
L'espacement maximal est généralement de 3 × l'épaisseur de la dalle ou 450 mm, selon la valeur la plus petite.
Pose de l'armature
Supports et cales
L'armature doit être maintenue à la bonne position à l'aide de :
Cales en béton (préfabriquées) : pour les fondations et les dalles sur sol.
Cales en plastique : pour les murs et les dalles suspendues.
Supports métalliques (trépieds, berceaux) : pour les dalles épaisses.
Écarteurs : pour maintenir l'espacement entre les nappes d'armature.
Les supports doivent être espacés d'environ 1 m en quinconce pour éviter l'affaissement de l'armature sous son propre poids.
Recouvrements et ancrages
Les barres d'armature sont livrées en longueurs standard de 6 m ou 12 m. Lorsqu'il faut des longueurs supérieures, on réalise des recouvrements :
Recouvrement simple : les deux barres se chevauchent sur une longueur minimale de 40 × le diamètre (pour l'acier grade 400 et un béton de 30 MPa). Exemple : pour une barre 15M (16 mm), recouvrement = 40 × 16 = 640 mm.
Recouvrement en soudure : les barres sont soudées bout à bout (rare sur chantier).
Manchons filetés : les barres sont vissées dans un manchon d'acier (pour les gros diamètres).
L'ancrage est la longueur de barre nécessaire pour transmettre les efforts au béton. Elle dépend du diamètre, du grade de l'acier, de la résistance du béton et de la position de la barre (horizontale ou verticale).
Crochets et cintrages
Les barres sont pliées à froid sur chantier ou en atelier. Les cintrages courants sont :
Crochet à 90° (pour les ancrages d'extrémité).
Crochet à 135° (pour les étriers).
Épingles à cheveux (pour les étriers fermés).
Le diamètre minimal de cintrage est de 6 × le diamètre de la barre pour les barres de 10M à 20M, et de 8 × le diamètre pour les barres de 25M et plus.
Contrôle et inspection de l'armature
Avant le coulage du béton, l'inspection de l'armature doit vérifier :
120.Le positionnement : les barres sont à la bonne position selon les plans.
121.L'espacement : conforme aux plans et aux exigences du code.
122.Les recouvrements : longueurs suffisantes et décalés dans les sections.
123.Les crochets : angles et longueurs conformes.
124.L'enrobage : cales et supports en place.
125.La propreté : pas de rouille détachante, de boue, d'huile ou de glace sur les barres.
126.Les attaches : les barres sont solidement attachées avec du fil à ligaturer (fil d'acier recuit de 1,6 mm).
Tolérances de pose
Les tolérances admissibles pour la pose de l'armature sont :
Position verticale : ± 10 mm (ou ± 15 mm si l'épaisseur de la dalle est supérieure à 300 mm).
Position horizontale : ± 50 mm.
Enrobage : -10 mm (jamais moins que le minimum), +15 mm.
Coffrage et armature : interaction avec le finisseur
Préparation avant coulée
Avant de couler, le finisseur doit vérifier :
Que le coffrage est propre (pas de débris, de sciure ou de clous).
Que le produit de démoulage a été appliqué.
Que les ouvertures (réservations, passages) sont en place.
Que les repères de niveau sont visibles sur le coffrage.
Que l'armature est stable et ne bougera pas pendant la coulée.
Pendant la coulée
Le finisseur doit :
Surveiller le comportement du coffrage (déformations, fuites, bruits inhabituels).
Ne pas marcher directement sur l'armature ; utiliser des passerelles ou des planches de répartition.
Guider le vibrateur pour éviter de toucher l'armature (la vibration directe de l'acier peut créer des vides autour des barres).
Signaler immédiatement tout déplacement de coffrage ou affaissement d'armature.
Après décoffrage
Après le décoffrage, le finisseur doit :
Inspecter les surfaces pour détecter les nids de gravier, les fissures ou les défauts.
Reboucher les trous de tirants avec un mortier de réparation.
Vérifier que les cales en plastique ou en béton ne sont pas visibles en surface (sinon, les recouvrir).
Sécurité : règles essentielles
Règlement sur les chantiers
Le Code canadien du travail (partie II) et les normes provinciales (que nous n'aborderons pas ici) exigent :
Le port du casque de sécurité et des chaussures à embout d'acier.
Le port de gants lors de la manipulation des barres d'armature (risque de coupures).
La vérification des étais et des échafaudages par une personne compétente.
L'interdiction de marcher sur les armatures sans protection (risque de chute et d'empalement).
La protection des extrémités de barres avec des capuchons ou des protections.
Stabilité des coffrages
Les coffrages doivent être conçus pour résister à :
Le poids propre du coffrage et de l'armature.
Le poids du béton frais.
La pression latérale du béton.
Les charges de construction (ouvriers, équipements, vibrations).
Les charges de vent (pour les coffrages de grande hauteur).
Le décoffrage ne doit être effectué que lorsque le béton a atteint une résistance suffisante. En règle générale :
Coffrages latéraux (murs, colonnes) : 12 à 24 heures après coulage (si la température est supérieure à 10 °C).
Coffrages de dalles : 7 à 14 jours, selon la portée et les charges.
Étais : maintenus en place jusqu'à ce que le béton atteigne 75 % de sa résistance spécifiée.
Calculs pratiques pour l'examen
Calcul de la pression latérale
Exemple : Un mur de 3 m de haut est coulé à une vitesse de 2 m/h. La température du béton est de 20 °C. Quelle est la pression maximale sur le coffrage ?
Solution :
177.Calculer la pression hydrostatique maximale : P = ρ × g × h = 2400 × 9,81 × 3 = 70 632 Pa ≈ 70,6 kPa.
178.Selon le Tableau 1, pour 2 m/h à 20 °C, la pression est d'environ 66 kPa.
179.La pression réelle est la plus petite des deux valeurs : 66 kPa.
Calcul de la quantité d'armature
Exemple : Une dalle de 6 m × 4 m × 0,15 m est armée de barres 15M espacées de 300 mm dans les deux directions. Combien de barres faut-il commander ?
Solution :
183.Nombre de barres dans le sens de 6 m : 4000 / 300 + 1 = 14,33 → 15 barres de 6 m.
184.Nombre de barres dans le sens de 4 m : 6000 / 300 + 1 = 21 barres de 4 m.
185.Longueur totale : (15 × 6) + (21 × 4) = 90 + 84 = 174 m.
186.Masse : 174 m × 1,570 kg/m = 273,2 kg.
187.Prévoir 10 % de pertes : 273,2 × 1,10 = 300,5 kg.
Calcul du recouvrement
Exemple : Quelle est la longueur de recouvrement minimale pour des barres 20M (19,5 mm) en acier grade 400, béton 30 MPa ?
Solution :
Longueur de recouvrement = 40 × diamètre = 40 × 19,5 = 780 mm.
Arrondir à 800 mm (multiple de 50 mm).
Normes et codes applicables
Code canadien du béton
Le Code canadien sur le calcul des ouvrages en béton (CSA A23.3) est la référence principale pour la conception. Les exigences relatives à l'armature sont détaillées dans les chapitres 7 (armature) et 8 (dispositions constructives).
La norme CSA A23.1/A23.2 traite du béton : constituants, exécution des travaux et essais. Elle spécifie notamment :
Les classes d'exposition (C-XL, C-1, C-2, C-3, C-4) qui déterminent les exigences de durabilité.
Les tolérances de pose de l'armature.
Les méthodes d'essai du béton frais et durci.
Autres normes pertinentes
CSA G30.18 : Barres d'armature en acier.
CSA S16 : Conception des charpentes en acier (pour les coffrages métalliques).
CSA S269.1 : Coffrages en bois (conception et utilisation).
CSA S269.3 : Coffrages en acier.
Pièges à éviter
208.Confondre la pression hydrostatique et la pression réelle : La pression réelle est presque toujours inférieure à la pression hydrostatique en raison de la prise du béton. Ne calculez pas la pression avec la hauteur totale du mur si la vitesse de coulée est faible.
209.Oublier l'effet de la température : Une température plus basse ralentit la prise et augmente la pression sur le coffrage. À 5 °C, la pression peut être 50 % plus élevée qu'à 20 °C pour la même vitesse de coulée.
210.Négliger l'enrobage : Un enrobage insuffisant est une cause majeure de corrosion de l'armature. Vérifiez toujours les cales avant la coulée.
211.Marcher sur l'armature : Non seulement c'est dangereux, mais cela déplace les barres et écrase les cales. Utilisez des passerelles.
212.Vibrer directement sur l'armature : La vibration de l'acier peut créer des vides autour des barres et réduire l'adhérence béton-acier. Le vibrateur doit être inséré verticalement et retiré lentement.
213.Décoffrer trop tôt : Le béton doit avoir atteint une résistance minimale (souvent 70 % de la résistance spécifiée) avant le décoffrage des éléments porteurs. Un décoffrage prématuré peut provoquer des fissures et des affaissements.
214.Ignorer les trous de tirants : Ils doivent être rebouchés avec un mortier compatible, sinon ils deviennent des points d'entrée d'eau et de corrosion.
215.Confondre les numéros de barres : Le numéro métrique (10M, 15M) ne correspond pas exactement au diamètre en millimètres. Une barre 15M a un diamètre de 16 mm, pas 15 mm.
216.Oublier les pertes : Prévoyez toujours 5 à 10 % de pertes pour les chutes, les recouvrements et les erreurs de coupe.
217.Ne pas vérifier les plans : Les plans d'armature sont complexes ; une erreur de lecture peut entraîner un placement incorrect des barres et compromettre la structure.
Résumé
Le coffrage et l'armature sont des étapes préparatoires essentielles qui déterminent la qualité finale de tout ouvrage en béton. Pour l'examen du Sceau rouge, retenez :
Les types de coffrages : bois (traditionnel), métal (répétitif), perdu (permanent), glissant (vertical continu) et grimpant (par étapes).
La pression latérale : calculée selon la formule hydrostatique P = ρ × g × h, mais limitée par la prise du béton. Les valeurs typiques varient de 30 à 100 kPa.
L'étanchéité et l'alignement : tolérances d'aplomb de ± 5 mm/m, étanchéité des joints, produits de démoulage.
Les barres d'armature : numéros métriques (10M à 55M), grades 400 et 500, enrobage minimal de 20 à 75 mm selon l'exposition.
Les recouvrements : 40 × diamètre pour l'acier grade 400, avec des tolérances de pose de ± 10 mm en position verticale.
Les cales et supports : espacés d'environ 1 m, en plastique, béton ou métal.
La sécurité : casque, gants, protection des extrémités de barres, stabilité des coffrages.
Le décoffrage : 12 à 24 h pour les coffrages latéraux, 7 à 14 jours pour les dalles, selon la résistance du béton.
Questions d'auto-évaluation
231.Quelle est la pression latérale maximale sur un coffrage de mur de 4 m de haut coulé à 1 m/h à 15 °C ?
a) 40 kPa
b) 60 kPa
c) 80 kPa
d) 94 kPa
236.Quel est l'enrobage minimal pour une barre d'armature dans une dalle intérieure non exposée aux intempéries ?
a) 20 mm
b) 30 mm
c) 50 mm
d) 75 mm
241.Quelle est la longueur de recouvrement minimale pour des barres 15M (16 mm) en grade 400 ?
a) 400 mm
b) 640 mm
c) 800 mm
d) 1000 mm
246.Quel est le diamètre minimal de cintrage pour une barre 25M ?
a) 100 mm
b) 150 mm
c) 200 mm
d) 250 mm
251.Quelle est la tolérance d'aplomb pour un coffrage de mur de 3 m de haut ?
a) ± 5 mm
b) ± 10 mm
c) ± 15 mm
d) ± 20 mm
Réponses : 1-b, 2-a, 3-b, 4-c, 5-c (5 mm/m × 3 m = 15 mm).
