Coffrage et mise en place du béton

Introduction au coffrage et à la mise en place du béton

Le coffrage est un moule temporaire ou permanent destiné à contenir le béton frais, à lui donner sa forme, ses dimensions et sa texture de surface, et à le supporter jusqu'à ce qu'il ait acquis une résistance suffisante pour se supporter lui-même. La mise en place du béton, quant à elle, englobe toutes les opérations depuis la livraison du béton frais jusqu'à sa consolidation et sa cure. Pour le Construction Craft Worker (CCW), la maîtrise de ces opérations est essentielle, car elles représentent une part importante des tâches sur les chantiers de construction au Canada.

Le béton est un matériau composite constitué de ciment, d'eau, de granulats fins (sable) et grossiers (gravier ou pierre concassée), et d'adjuvants. Sa résistance est exprimée en mégapascals (MPa) à 28 jours, selon la norme CSA A23.1 (Béton : constituants et exécution des travaux) et CSA A23.2 (Méthodes d'essai et pratiques normalisées pour le béton). Le coffrage doit être conçu et construit pour résister à la poussée latérale du béton frais, qui est une force horizontale agissant sur les parois du moule.

Principes fondamentaux du coffrage

Rôle et exigences du coffrage

Un coffrage doit satisfaire à quatre exigences principales :

8.Résistance : Il doit supporter le poids du béton frais, les charges de construction (travailleurs, équipement, vibration) et la poussée latérale sans déformation excessive ni rupture.

9.Étanchéité : Il doit empêcher la fuite de la laitance (eau + ciment) à travers les joints, ce qui créerait des nids de gravier et des défauts de surface.

10.Forme et dimensions : Il doit maintenir les dimensions et l'alignement précis spécifiés sur les plans, avec des tolérances conformes à la norme CSA A23.1 (tolérances typiques de ±10 mm pour les dimensions de section).

11.Décoffrage facile : Il doit pouvoir être retiré sans endommager le béton durci ni compromettre sa surface.

Types de coffrages

Type	Matériau	Utilisation typique	Avantages	Inconvénients
Coffrage en bois	Contreplaqué, planches	Petits éléments, formes courbes	Polyvalent, économique	Durée de vie limitée, déformation possible
Coffrage métallique	Acier, aluminium	Murs, colonnes, éléments répétitifs	Réutilisable, surface lisse	Lourd, coûteux à l'achat
Coffrage isolé (ICF)	Polystyrène expansé + linteaux	Murs de fondation, bâtiments résidentiels	Isolation intégrée, léger	Coût plus élevé, nécessite une finition
Coffrage perdu	Carton, béton préfabriqué, fibre	Colonnes, fondations, éléments enterrés	Ne nécessite pas de décoffrage	Non réutilisable
Coffrage glissant	Acier, bois	Silos, cheminées, noyaux d'ascenseur	Construction continue	Nécessite une équipe spécialisée

Poussée latérale du béton frais

La poussée latérale (Ω) est la pression horizontale exercée par le béton frais sur les parois du coffrage. Elle dépend de plusieurs facteurs :

La hauteur de béton dans le coffrage (pression hydrostatique)

La densité du béton (généralement 2400 kg/m³)

La température du béton (plus la température est basse, plus la prise est lente, donc plus la pression est élevée)

La vitesse de levage (hauteur de béton placé par heure)

La consistance (affaissement) du béton

La méthode de vibration (interne ou externe)

La pression maximale théorique est calculée selon la formule hydrostatique :

Ω = ρ × g × h

Où :

Ω = pression (Pa ou N/m²)

ρ = masse volumique du béton (kg/m³)

g = accélération gravitationnelle (9,81 m/s²)

h = hauteur de béton frais (m)

Exemple : Pour un mur de 3 m de hauteur, avec un béton de 2400 kg/m³ :

Ω = 2400 × 9,81 × 3 = 70 632 Pa ≈ 70,6 kPa

Cette pression est maximale au bas du coffrage et diminue linéairement vers le haut. Les étais et les tirants doivent être dimensionnés pour résister à cette pression, avec un facteur de sécurité approprié selon la norme CSA S269.1 (Coffrage en bois) et CSA S269.2 (Coffrage en acier).

Conception et construction des coffrages

Matériaux de coffrage

Le contreplaqué de coffrage (phénolique) est le matériau le plus courant pour la surface de contact avec le béton. Il est disponible en panneaux de 1,22 m × 2,44 m (4 pi × 8 pi) avec des épaisseurs de 12,7 mm (1/2 po), 15,9 mm (5/8 po) et 19,05 mm (3/4 po). Le contreplaqué doit être classé selon la norme CSA O121 (Contreplaqué de bois résineux) pour une utilisation en coffrage.

Les membrures (fourrures, raidisseurs) sont généralement en bois de dimension (2×4, 2×6, 2×8) ou en poutres d'ingénierie (I-joists, LVL). Elles transmettent les charges au système de support.

Les tirants (tiges d'ancrage) sont des tiges filetées en acier qui traversent le coffrage pour maintenir les deux faces opposées à la bonne distance. Ils sont espacés selon les calculs de charge et sont retirés après le décoffrage. Les trous laissés par les tirants doivent être remplis avec un mortier ou un produit de réparation approuvé.

Les étais (supports verticaux) et les entretoises (supports inclinés) maintiennent le coffrage en position verticale et horizontale. Ils doivent être solidement ancrés pour résister aux charges latérales (vent, vibration, impact).

Étapes de construction d'un coffrage de mur

39.Implantation : Tracer l'emplacement du mur sur la fondation ou la dalle, en utilisant un théodolite ou un niveau laser. Marquer les axes et les dimensions avec de la craie ou un marqueur.

40.Installation de la première face : Positionner les panneaux de contreplaqué contre les butées de positionnement, en les alignant avec les marques d'implantation. Fixer les membrures verticales (fourrures) à l'extérieur du contreplaqué, espacées de 300 à 600 mm (12 à 24 po) selon les calculs.

41.Installation des tirants : Percer des trous dans le contreplaqué et les membrures, insérer les tirants avec leurs cônes ou écrous, et les serrer à la main.

42.Installation de la deuxième face : Placer la deuxième face de coffrage, en l'alignant avec les tirants et en la fixant de la même manière que la première.

43.Mise à niveau et alignement : Utiliser des niveaux à bulle, des fils à plomb et des lasers pour vérifier la verticalité et l'alignement. Ajuster avec les étais et les entretoises.

44.Installation des étais : Placer les étais verticaux et inclinés pour stabiliser le coffrage. Les étais doivent être espacés de 1,2 à 1,8 m (4 à 6 pi) et ancrés au sol ou à la structure existante.

45.Vérification finale : Inspecter tous les joints, les fixations et les supports. S'assurer que le coffrage est propre, sans débris, et que les produits de démoulage ont été appliqués.

Coffrages spéciaux

Coffrages de colonnes : Les colonnes carrées ou rectangulaires utilisent des coffrages métalliques ou en contreplaqué avec des colliers de serrage espacés verticalement. Les colonnes rondes utilisent des tubes en carton (coffrage perdu) ou des coffrages métalliques segmentés. La pression latérale dans une colonne est particulièrement élevée en raison de la hauteur de béton frais.

Coffrages de poutres et de dalles : Les poutres sont coffrées avec des fonds et des côtés soutenus par des étais. Les dalles utilisent un système de tables (panneaux pré-assemblés) ou un coffrage traditionnel avec des fourrures, des solives et un platelage en contreplaqué. Les tables de coffrage sont efficaces pour les dalles répétitives, car elles peuvent être déplacées avec une grue.

Coffrages glissants : Utilisés pour les structures verticales continues (silos, cheminées, pylônes), le coffrage glissant est hissé hydrauliquement ou mécaniquement à mesure que le béton est placé. La vitesse de levage doit être synchronisée avec le temps de prise du béton pour éviter les déformations.

Mise en place du béton

Préparation avant la coulée

Avant de placer le béton, plusieurs vérifications sont nécessaires :

53.Inspection du coffrage : Vérifier la propreté, l'étanchéité, la solidité et l'alignement. Retirer tous les débris, la glace, la neige ou l'eau stagnante.

54.Application du produit de démoulage : Appliquer un agent de démoulage (huile ou produit chimique) sur la surface intérieure du coffrage pour faciliter le décoffrage et améliorer la finition de surface. Ne pas appliquer sur les armatures.

55.Vérification des armatures : S'assurer que les armatures sont correctement positionnées, avec les espaceurs (cales) et les supports appropriés, conformément aux plans et à la norme CSA A23.1.

56.Préparation des accès : Prévoir des rampes, des passerelles ou des trémies pour acheminer le béton sans le laisser tomber de plus de 1,5 m (5 pi) en chute libre, afin d'éviter la ségrégation.

57.Vérification de l'équipement : Tester les vibrateurs, les pompes, les bennes et les goulottes pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement.

Méthodes de mise en place

Méthode	Équipement	Avantages	Inconvénients
Benne à béton	Grue + benne	Polyvalente, précise	Nécessite une grue, débit limité
Pompe à béton	Pompe fixe ou mobile	Débit élevé, accès difficile	Coût élevé, risque de blocage
Goulotte	Camion malaxeur	Simple, économique	Portée limitée, risque de ségrégation
Trémie et tuyau	Trémie + tuyau flexible	Contrôle de la chute libre	Nécessite un montage
Brouette / chariot	Brouette, chariot à béton	Petits volumes, intérieur	Main-d'œuvre intensive

Règles de mise en place

61.Vitesse de coulée : La vitesse de levage (hauteur de béton placé par heure) doit être contrôlée pour éviter une pression excessive sur le coffrage. La vitesse maximale est généralement de 1,2 m/h pour les murs, mais elle peut varier selon la température et la conception du coffrage.

62.Coulée en couches : Le béton doit être placé en couches horizontales de 300 à 500 mm (12 à 20 po) d'épaisseur, pour faciliter la vibration et éviter la ségrégation.

63.Chute libre : La chute libre du béton ne doit pas dépasser 1,5 m (5 pi) pour éviter la ségrégation des granulats. Pour des chutes plus élevées, utiliser des trémies, des tubes plongeurs ou des goulottes.

64.Coulée continue : Le béton doit être placé en continu pour éviter les joints de reprise (arrêts de coulée). Si un arrêt est nécessaire, le joint doit être préparé conformément aux spécifications (nettoyage, humidification, application d'un agent d'adhérence).

65.Température : La température du béton doit être comprise entre 5 °C et 35 °C à la mise en place. Par temps froid, utiliser du béton chauffé ou des adjuvants antigel. Par temps chaud, utiliser du béton refroidi ou des adjuvants retardateurs.

Vibration du béton

La vibration est le processus de consolidation du béton frais pour éliminer les bulles d'air emprisonnées et assurer un enrobage complet des armatures. Elle est essentielle pour obtenir un béton dense et résistant.

Types de vibrateurs :

Vibrateur interne (aiguille) : Le plus courant. Une aiguille vibrante est insérée verticalement dans le béton, espacée de 300 à 500 mm (12 à 20 po), et retirée lentement (environ 75 mm/s ou 3 po/s). La durée de vibration est de 5 à 15 secondes par insertion, jusqu'à ce que la surface devienne lisse et que les bulles d'air cessent de remonter.

Vibrateur externe (de coffrage) : Fixé à l'extérieur du coffrage pour les éléments minces ou très denses en armatures. Utilisé pour les coffrages métalliques, il transmet les vibrations à travers le coffrage.

Table vibrante : Utilisée en préfabrication pour les éléments plats (dalles, panneaux).

Règles de vibration :

Ne pas vibrer le béton pendant plus de 15 secondes au même endroit, pour éviter la ségrégation.

Ne pas utiliser le vibrateur pour déplacer le béton horizontalement.

Ne pas vibrer les armatures directement, car cela pourrait créer des vides autour des barres.

Vibrer chaque couche de béton avant de placer la couche suivante, en insérant l'aiguille de 50 à 100 mm (2 à 4 po) dans la couche précédente.

Joints de reprise

Un joint de reprise est une surface de contact entre deux coulées successives de béton. Il doit être conçu et préparé pour assurer une liaison adéquate entre les deux bétons.

Types de joints :

Joint de construction : Planifié à l'avance, généralement à un endroit où la contrainte est faible (mi-portée d'une poutre, tiers de la portée d'une dalle).

Joint de dilatation : Permet le mouvement thermique et le retrait du béton, généralement rempli d'un matériau compressible.

Joint de retrait : Crée une ligne de faiblesse pour contrôler la fissuration due au retrait, généralement réalisé par sciage ou par insertion d'une bande.

Préparation d'un joint de reprise :

84.Nettoyer la surface du béton durci (jet d'eau à haute pression, brossage, sablage).

85.Humidifier la surface sans la saturer (état de surface sec à saturé, ou SSS).

86.Appliquer un agent d'adhérence (mortier de ciment, résine époxy) si spécifié.

87.Placer le nouveau béton immédiatement après la préparation, avant que la surface ne sèche.

Calculs et tolérances

Calcul de la quantité de béton

La quantité de béton nécessaire est calculée en volume (m³). Pour un élément simple (mur, dalle, poutre), le volume est :

V = L × l × h

Où :

V = volume (m³)

L = longueur (m)

l = largeur ou épaisseur (m)

h = hauteur (m)

Exemple : Une dalle de 10 m × 5 m × 0,15 m :

V = 10 × 5 × 0,15 = 7,5 m³

Il faut commander environ 5 à 10 % de béton supplémentaire pour compenser les pertes, les irrégularités et les débordements.

Calcul du nombre de tirants

Le nombre de tirants nécessaires pour un coffrage de mur est calculé en fonction de la pression latérale et de la capacité de chaque tirant.

Exemple : Un mur de 3 m de hauteur et 10 m de longueur, avec une pression latérale de 70,6 kPa. Chaque tirant a une capacité de 20 kN (20 000 N).

La force totale sur le coffrage est :

F = Ω × A = 70 600 Pa × (3 m × 10 m) = 2 118 000 N

Le nombre de tirants nécessaires est :

N = F / capacité = 2 118 000 / 20 000 = 106 tirants

En pratique, les tirants sont espacés selon un quadrillage régulier (par exemple 600 mm × 600 mm), ce qui donne :

N = (10 / 0,6) × (3 / 0,6) = 17 × 5 = 85 tirants (arrondi à 90 avec les bords).

Tolérances dimensionnelles

La norme CSA A23.1 définit les tolérances suivantes pour les éléments en béton :

Élément	Tolérance
Dimensions de section (largeur, hauteur)	±10 mm
Position des armatures	±10 mm
Alignement vertical des murs	±10 mm par 3 m de hauteur
Niveau des dalles	±10 mm
Position des ouvertures et inserts	±10 mm
Surface finie (planéité)	3 mm sous une règle de 3 m

Décoffrage et cure

Moment du décoffrage

Le décoffrage ne doit être effectué que lorsque le béton a atteint une résistance suffisante pour supporter son propre poids et les charges de construction. La résistance minimale requise est généralement de 70 % de la résistance spécifiée à 28 jours, mais elle peut varier selon les spécifications.

Le temps de décoffrage dépend de :

La température ambiante (plus la température est élevée, plus la prise est rapide)

Le type de ciment (ciment à prise rapide vs normal)

Les adjuvants (accélérateurs ou retardateurs)

La résistance spécifiée du béton

Température ambiante	Murs (décoffrage)	Dalles (décoffrage)
20 °C	24 à 48 heures	7 à 14 jours
10 °C	48 à 72 heures	10 à 21 jours
5 °C	72 à 96 heures	14 à 28 jours

Important : Le décoffrage prématuré peut causer des fissures, des déformations ou l'effondrement de la structure. Le décoffrage tardif peut rendre le retrait du coffrage difficile et endommager la surface du béton.

Cure du béton

La cure est le processus de maintien du béton à une température et une humidité adéquates pendant la période de prise et de durcissement. Elle est essentielle pour :

Développer la résistance du béton

Réduire le retrait et la fissuration

Améliorer la durabilité et l'imperméabilité

Protéger la surface contre le gel et la dessiccation

Méthodes de cure :

Méthode	Description	Durée minimale
Arrosage	Humidification continue de la surface	7 jours
Toile de jute humide	Couverture de la surface avec des toiles maintenues humides	7 jours
Membrane de cure	Application d'un produit filmogène (curing compound)	7 jours
Vapeur	Cure à la vapeur pour les éléments préfabriqués	12 à 24 heures
Cure thermique	Chauffage du béton par résistance ou vapeur	Variable

La durée minimale de cure est de 7 jours à une température supérieure à 10 °C, selon la norme CSA A23.1. Par temps froid, la cure doit être prolongée ou le béton doit être protégé par une isolation.

Sécurité et réglementation

Sécurité sur le chantier

Le travail avec le coffrage et le béton présente plusieurs risques :

Chutes : Les coffrages en hauteur nécessitent des garde-corps, des filets de sécurité et des harnais.

Écrasement : Les coffrages lourds et les étais peuvent s'effondrer. Toujours vérifier la stabilité avant de travailler sous ou à proximité.

Brûlures : Le béton frais est alcalin (pH élevé) et peut causer des brûlures chimiques. Porter des gants, des lunettes et des vêtements de protection.

Coupures : Les tirants, les clous et les bords métalliques peuvent causer des blessures. Porter des gants de travail.

Bruit : Les vibrateurs et les pompes à béton génèrent des niveaux de bruit élevés. Porter une protection auditive.

Poussière : Le ciment et le béton sec génèrent de la poussière de silice cristalline, qui peut causer la silicose. Porter un masque respiratoire approuvé (N95 ou supérieur).

Normes canadiennes applicables

Norme	Titre	Application
CSA A23.1	Béton : constituants et exécution des travaux	Exigences pour le béton, le coffrage, la mise en place et la cure
CSA A23.2	Méthodes d'essai et pratiques normalisées pour le béton	Essais de résistance, d'affaissement, de teneur en air
CSA S269.1	Coffrage en bois	Conception et construction des coffrages en bois
CSA S269.2	Coffrage en acier	Conception et construction des coffrages en acier
CSA O121	Contreplaqué de bois résineux	Classification du contreplaqué pour coffrage
CSA A3000	Ciment	Classification et exigences pour les ciments
Règlement canadien sur la santé et la sécurité au travail	Partie II	Exigences générales de sécurité sur les chantiers fédéraux

Pièges à éviter

143.Confondre pression latérale et pression verticale : La pression latérale est horizontale et agit sur les parois du coffrage. La pression verticale est le poids du béton agissant sur le fond du coffrage. Les deux doivent être calculées séparément.

144.Oublier le facteur de sécurité : Les calculs de coffrage doivent inclure un facteur de sécurité d'au moins 1,5 pour les charges permanentes et 2,0 pour les charges de construction, selon la norme CSA S269.1.

145.Négliger la température du béton : La température affecte directement la vitesse de prise et donc la pression latérale. Un béton froid (5 °C) exerce une pression plus élevée qu'un béton chaud (30 °C) pour la même vitesse de levage.

146.Utiliser un contreplaqué non classé pour coffrage : Le contreplaqué doit être spécifiquement classé pour le coffrage (CSA O121) et avoir une surface phénolique pour résister à l'humidité et faciliter le décoffrage.

147.Vibrer trop longtemps : La sur-vibration provoque la ségrégation des granulats et la remontée de la laitance en surface, ce qui affaiblit le béton.

148.Décoffrer trop tôt : Le béton doit atteindre au moins 70 % de sa résistance spécifiée avant le décoffrage. Un décoffrage prématuré peut causer l'effondrement ou des fissures.

149.Ignorer les joints de reprise : Un joint de reprise mal préparé crée une faiblesse structurelle. La surface doit être propre, humide et rugueuse avant la nouvelle coulée.

150.Confondre affaissement et résistance : L'affaissement (slump) mesure la consistance du béton, pas sa résistance. Un béton fluide (affaissement de 150 mm) peut avoir une résistance plus faible qu'un béton sec (affaissement de 50 mm).

151.Oublier les tolérances : Les tolérances dimensionnelles de la norme CSA A23.1 sont strictes. Un mur qui n'est pas d'aplomb de plus de 10 mm par 3 m doit être corrigé ou démoli.

152.Ne pas protéger le béton par temps froid : Le béton doit être maintenu à une température minimale de 10 °C pendant la cure. Un gel prématuré détruit la structure du béton.

Résumé

Le coffrage et la mise en place du béton sont des compétences essentielles pour le Construction Craft Worker. Les points clés à retenir pour l'examen du Sceau rouge sont :

155.Le coffrage doit être résistant, étanche, précis et facile à décoffrer. Les matériaux courants sont le contreplaqué phénolique, l'acier et l'aluminium.

156.La pression latérale du béton frais est calculée selon la formule hydrostatique Ω = ρ × g × h, et dépend de la hauteur, de la densité et de la température du béton.

157.La mise en place doit se faire en couches de 300 à 500 mm, avec une chute libre maximale de 1,5 m, et une vibration adéquate pour éliminer les bulles d'air.

158.Les joints de reprise doivent être préparés avec soin pour assurer la continuité structurelle.

159.Le décoffrage ne doit se faire qu'après que le béton a atteint 70 % de sa résistance spécifiée, et la cure doit durer au moins 7 jours.

160.Les normes CSA A23.1, A23.2, S269.1 et S269.2 sont les références principales pour le béton et le coffrage au Canada.

161.La sécurité est primordiale : le béton frais est corrosif, les coffrages peuvent s'effondrer, et la poussière de silice est dangereuse pour la santé.

162.Les calculs de quantité de béton et de nombre de tirants sont des questions fréquentes à l'examen. Maîtriser les formules de base (volume, pression, force).

En maîtrisant ces concepts et en pratiquant les calculs, vous serez bien préparé pour réussir la section sur le coffrage et la mise en place du béton de l'examen du Sceau rouge. Bonne chance !

Coffrage et mise en place du béton