Platelage métallique et systèmes de planchers composites

Introduction au platelage métallique

Le platelage métallique (ou tablier d'acier) est un élément structural en tôle d'acier nervurée utilisé comme coffrage permanent, diaphragme de toiture ou renfort de plancher. Dans les bâtiments à charpente d'acier, il constitue la surface de travail immédiate pour les autres corps de métier et participe à la stabilité latérale de la structure.

Rôles du platelage

Le platelage remplit trois fonctions distinctes selon l'application :

6.Coffrage permanent : il supporte le poids du béton frais pendant la prise, sans étaiement (ou avec étaiement temporaire selon la portée).

7.Armature de traction : dans un système composite, les nervures du platelage agissent comme armature positive pour le béton coulé en place.

8.Diaphragme structural : il transmet les charges latérales (vent, séisme) aux contreventements verticaux, à condition que les fixations soient correctement conçues et installées.

Profils normalisés

Les profils les plus courants au Canada sont désignés par leur hauteur de nervure en pouces :

Profil	Hauteur (mm)	Largeur de couverture (mm)	Usage typique
B-36	38	914	Toiture, plancher léger
B-42	38	914	Plancher composite
P-2436	76	914	Plancher lourd, portées longues
P-3615	76	610	Plancher très lourd, charges concentrées
N-75	75	914	Toiture, grande portée

La désignation « B » indique un profil de 38 mm (1,5 po), « P » un profil de 76 mm (3 po). Les deux derniers chiffres indiquent la largeur de couverture en pouces.

Propriétés mécaniques de l'acier de platelage

Nuances d'acier

Le platelage est fabriqué selon la norme CSA G40.20/G40.21 (Acier de construction) ou ASTM A653 (tôle d'acier galvanisée). Les nuances courantes :

Acier de qualité structurale : limite élastique de 230 MPa (33 ksi) à 550 MPa (80 ksi).

Acier à haute limite élastique : 345 MPa (50 ksi) pour les profils P, 550 MPa pour les profils B.

Revêtements de protection

Le platelage est généralement galvanisé à chaud (Z275 ou Z350 selon l'épaisseur de zinc en g/m²). Le revêtement protège contre la corrosion pendant la durée de vie du bâtiment. Pour les environnements très corrosifs, on peut spécifier un revêtement plus épais ou un système de peinture.

Épaisseurs nominales

L'épaisseur de la tôle varie de 0,76 mm (22 ga) à 1,52 mm (16 ga). L'épaisseur minimale pour un platelage de plancher est généralement de 0,91 mm (20 ga). Le calcul de l'épaisseur doit tenir compte de la tolérance de laminage (généralement ±10 %) et de la perte d'épaisseur due à la galvanisation (environ 0,04 mm par face pour Z275).

Installation du platelage

Préparation du chantier

Avant l'installation, vérifiez :

25.Alignement des poutres : les appuis doivent être de niveau, avec un écart maximal de 6 mm sur 3 m.

26.Propreté des surfaces : les semelles supérieures des poutres doivent être exemptes de débris, de glace ou de neige.

27.Disponibilité des plans d'atelier : les plans de calepinage indiquent la disposition des tôles, les recouvrements et le nombre de fixations.

Pose des tôles

La pose s'effectue généralement perpendiculairement aux poutres pour les portées simples. Les tôles sont posées de gauche à droite, chaque tôle étant emboîtée dans la nervure adjacente par un emboîtement à glissement (side lap).

Procédure de pose :

31.Levage : utilisez des élingues à large bande ou un système de levage magnétique pour éviter de déformer les tôles. Le platelage ne doit jamais être soulevé par les nervures.

32.Alignement : la première tôle est alignée sur l'axe de la poutre d'appui. Un écart maximal de 12 mm est toléré sur la largeur totale.

33.Emboîtement : chaque tôle successive est glissée dans la nervure de la tôle précédente. L'emboîtement doit être complet sur toute la longueur.

34.Fixation temporaire : fixez immédiatement la tôle avec des vis ou des goujons pour éviter tout déplacement sous l'effet du vent ou des vibrations.

35.Fixation définitive : après vérification de l'alignement, posez toutes les fixations selon le plan.

Fixations

Les fixations du platelage sont de trois types :

Type	Usage	Avantages	Inconvénients
Goujons soudés (studs)	Planchers composites	Résistance au cisaillement élevée	Nécessite un pistolet de soudage
Vis autoforeuses	Toitures, planchers non composites	Rapide, sans équipement spécial	Moins résistantes au cisaillement
Pinces à sertir (pins)	Toitures, faibles charges	Économique	Ne convient pas aux charges élevées

Espacement des fixations :

Poutres d'appui : 300 mm (12 po) au centre, à chaque nervure ou à chaque vallée.

Poutres intermédiaires : 600 mm (24 po) au centre.

Supports de rive : 150 mm (6 po) au centre.

Recouvrements

Les recouvrements longitudinaux (entre les extrémités des tôles) doivent être d'au moins 50 mm sur les appuis. Les recouvrements transversaux (emboîtements latéraux) sont fixés à intervalles de 300 mm maximum.

Systèmes de planchers composites

Principe du composite

Un plancher composite combine le platelage métallique, le béton coulé en place et les poutres d'acier pour former un système structural unique. La liaison entre le béton et l'acier est assurée par des goujons à tête (studs) soudés à travers le platelage sur la semelle supérieure de la poutre.

Goujons à tête (studs)

Les goujons sont des connecteurs de cisaillement en acier à haute résistance, conformes à la norme CSA W59 (Soudage des structures en acier). Dimensions courantes :

Diamètre : 19 mm (3/4 po) ou 22 mm (7/8 po)

Longueur : 75 à 150 mm (3 à 6 po)

Résistance à la traction : 415 MPa minimum

Exigences d'installation :

54.Le goujon doit traverser le platelage et être soudé directement sur la semelle de la poutre.

55.La longueur du goujon après soudage doit dépasser d'au moins 38 mm au-dessus de la nervure du platelage.

56.Le diamètre du trou dans le platelage doit être supérieur de 6 mm au diamètre du goujon.

57.Le goujon doit être positionné au centre de la nervure, avec un écart minimal de 25 mm par rapport aux bords de la nervure.

Calcul de la résistance au cisaillement

La résistance au cisaillement d'un goujon est calculée selon le Code canadien sur le calcul des ponts routiers (CSA S6) ou le Code canadien sur le calcul des charpentes en acier (CSA S16). La formule de base :

qᵣ = 0,5 × Aₛ × √(f'c × E꜀) ≤ Aₛ × Fᵤ

Où :

Aₛ = aire de la section du goujon (mm²)

f'c = résistance du béton à 28 jours (MPa)

E꜀ = module d'élasticité du béton (MPa)

Fᵤ = résistance ultime du goujon (MPa)

Largeur efficace de la dalle

La largeur efficace de la dalle composite est limitée à :

1/8 de la portée de la poutre de chaque côté de l'axe de la poutre

La moitié de la distance entre les poutres adjacentes, de chaque côté

La distance au bord libre de la dalle

La valeur minimale de ces trois critères est retenue.

Béton pour planchers composites

Résistance et composition

Le béton pour planchers composites doit avoir une résistance minimale de 25 MPa à 28 jours, conformément à la norme CSA A23.1 (Béton : constituants et exécution des travaux). Les exigences courantes :

Paramètre	Valeur typique
Résistance minimale (f'c)	25 MPa
Affaissement (slump)	75 à 100 mm
Granulats	20 mm maximum
Teneur en air	5 à 8 % (exposition aux cycles de gel-dégel)
Rapport eau/ciment	0,45 maximum

Épaisseur de la dalle

L'épaisseur minimale de la dalle au-dessus des nervures est de 50 mm pour les planchers intérieurs et de 65 mm pour les planchers exposés aux intempéries. L'épaisseur totale (y compris la hauteur des nervures) varie de 100 à 200 mm selon les charges.

Mise en place du béton

Précautions avant coulage :

80.Vérifiez que le platelage est propre et exempt de débris, d'huile ou de glace.

81.Humidifiez le platelage si la température dépasse 30 °C pour éviter une évaporation rapide de l'eau du béton.

82.Vérifiez que les étaiements temporaires sont en place si la portée dépasse la capacité du platelage non étayé.

83.Installez des barrières de sécurité autour des ouvertures et des bords de dalle.

Pendant le coulage :

Déposez le béton en tas réguliers, jamais en un seul point central.

Utilisez une règle vibrante ou un vibrateur à aiguille pour assurer un bon enrobage des nervures.

Évitez de marcher sur les nervures fraîchement coulées.

Contrôlez l'affaissement à chaque livraison.

Après le coulage :

Appliquez un curing compound (produit de cure) ou une membrane de protection dans les 2 heures suivant le coulage.

Protégez la surface contre le gel si la température descend sous 5 °C.

Attendez 7 jours minimum avant de retirer les étaiements (ou selon les essais de résistance).

Diaphragme de plancher et de toiture

Fonction de diaphragme

Le platelage agit comme un diaphragme rigide qui transmet les charges latérales (vent, séisme) aux murs de cisaillement ou aux contreventements. La capacité du diaphragme dépend de :

96.L'épaisseur de la tôle et la géométrie des nervures

97.L'espacement et le type des fixations sur les appuis

98.La continuité des tôles (recouvrements correctement fixés)

99.La connexion aux éléments de contreventement (angles, plaques, cornières)

Règles de conception des diaphragmes

Selon le Code national du bâtiment du Canada (CNBC), les diaphragmes en platelage métallique doivent être conçus selon les principes de l'ingénierie structurale. Les vérifications incluent :

Résistance au cisaillement du platelage

Résistance des fixations (cisaillement et arrachement)

Stabilité des bords libres (raidisseurs requis si la longueur libre dépasse 50 fois l'épaisseur)

Ouvertures dans le diaphragme (renforts requis pour les ouvertures de plus de 300 mm)

Fixations de diaphragme

Les fixations de diaphragme doivent être capables de transmettre les efforts de cisaillement calculés. Les valeurs de résistance des fixations sont données dans les tables du fabricant et vérifiées par des essais conformes à la norme CSA S136 (Règles de calcul des éléments en acier formés à froid).

Calculs pratiques pour l'installation

Calcul de la quantité de platelage

Nombre de tôles = (Largeur du bâtiment) ÷ (Largeur de couverture)

Exemple : bâtiment de 18 m de large, profil B-36 (largeur de couverture 914 mm) :

18 m ÷ 0,914 m = 19,7 → 20 tôles par rangée

Nombre de rangées = (Longueur du bâtiment) ÷ (Longueur de la tôle)

Exemple : bâtiment de 60 m de long, tôles de 6 m :

60 m ÷ 6 m = 10 rangées

Total = 20 × 10 = 200 tôles

Ajoutez 5 à 10 % de pertes pour les coupes et les recouvrements.

Calcul des goujons

Nombre de goujons = (Largeur efficace de la dalle) × (Longueur de la poutre) ÷ (Espacement des goujons)

L'espacement maximal des goujons est de 600 mm le long de la poutre. L'espacement minimal est de 4 diamètres dans le sens longitudinal et de 2 diamètres dans le sens transversal.

Vérification de la flèche du platelage

La flèche maximale du platelage sous le poids du béton frais est limitée à L/180 ou 20 mm, selon la valeur la plus restrictive. Pour les portées supérieures à 3 m, un étaiement temporaire est généralement requis.

Normes et codes applicables

Normes canadiennes de référence

Norme	Titre	Application
CSA S16	Règles de calcul des charpentes en acier	Conception des poutres, goujons, connexions
CSA S136	Règles de calcul des éléments en acier formés à froid	Calcul du platelage
CSA W59	Soudage des structures en acier (soudage à l'arc)	Soudage des goujons
CSA A23.1	Béton : constituants et exécution des travaux	Béton des planchers composites
CSA G40.20/G40.21	Acier de construction	Nuances d'acier du platelage
CNBC	Code national du bâtiment du Canada	Charges, exigences générales
CSA S6	Code canadien sur le calcul des ponts routiers	Calcul des goujons (référence)

Exigences de sécurité selon le CNBC

Protection contre les chutes : garde-corps obligatoires autour des ouvertures et des bords de dalle, conformément aux règlements de santé et sécurité au travail.

Étaiement : les étaiements doivent être conçus pour supporter le poids du béton frais plus une surcharge de 2,4 kPa.

Accès : les échelles ou escaliers doivent être installés avant le début du coulage.

Contrôle de la qualité et inspection

Inspections avant coulage

132.Vérification des fixations : le nombre et l'espacement des fixations doivent correspondre aux plans.

133.Vérification des goujons : les goujons doivent être droits, bien soudés, sans fissures ni porosités.

134.Vérification des recouvrements : les recouvrements doivent être complets et fixés.

135.Vérification de la propreté : aucune accumulation de débris dans les nervures.

Essais de soudage des goujons

Les goujons soudés sont vérifiés par :

Essai de pliage : un goujon sur 100 est plié à 30° par rapport à son axe. S'il se détache, la soudure est défectueuse.

Essai visuel : la soudure doit présenter un cordon circulaire uniforme autour de la base du goujon.

Essai de traction : un goujon sur 500 est soumis à une traction jusqu'à rupture.

Tolérances d'installation

Paramètre	Tolérance
Alignement des tôles	± 12 mm sur la largeur
Espacement des fixations	± 25 mm
Position des goujons	± 12 mm par rapport à l'axe de la poutre
Hauteur du goujon au-dessus de la nervure	38 mm minimum
Épaisseur de la dalle	± 6 mm

Pièges à éviter

Erreurs courantes à l'examen

145.Confondre les profils B et P : les profils B ont une hauteur de 38 mm, les profils P de 76 mm. Vérifiez toujours la hauteur de nervure dans les questions.

146.Oublier la tolérance de laminage : l'épaisseur réelle de la tôle est inférieure à l'épaisseur nominale. Les calculs de résistance doivent utiliser l'épaisseur minimale.

147.Négliger la largeur efficace : la largeur efficace de la dalle composite est limitée par trois critères ; la valeur minimale est retenue.

148.Confondre les limites de flèche : la flèche sous charge de service est limitée à L/360 pour les planchers, mais la flèche sous poids du béton frais est limitée à L/180.

149.Oublier les étaiements : pour les portées supérieures à 3 m, le platelage seul ne suffit pas à supporter le poids du béton frais.

150.Ignorer les exigences de soudage des goujons : la norme CSA W59 exige des essais de pliage et des inspections visuelles systématiques.

151.Ne pas vérifier la compatibilité des fixations : les vis autoforeuses ne conviennent pas aux platelages de plus de 1,2 mm d'épaisseur ; utilisez des goujons soudés ou des vis à taraudage.

152.Confondre les unités : les dimensions du platelage sont souvent données en pouces (profil B-36 = 36 po de largeur de couverture). Convertissez correctement en millimètres.

Pièges d'installation sur le chantier

Pose dans le mauvais sens : les tôles doivent être posées de manière que les nervures soient perpendiculaires aux poutres, sauf indication contraire des plans.

Emboîtement incomplet : un emboîtement partiel réduit la résistance au cisaillement du diaphragme.

Fixations insuffisantes sur les rives : les bords libres du platelage nécessitent des fixations plus rapprochées.

Goujons soudés à travers les recouvrements : les goujons ne doivent jamais être soudés à travers un recouvrement de tôles ; ils doivent être positionnés dans la nervure, à l'écart des recouvrements.

Conseils pour l'examen

Stratégie de réponse

160.Lisez attentivement la question : identifiez le profil de platelage, l'épaisseur, la portée et les charges avant de commencer les calculs.

161.Vérifiez les unités : convertissez toutes les dimensions en millimètres ou en mètres avant de calculer.

162.Utilisez les tables : les questions d'examen fournissent souvent des tables de résistance ; apprenez à les lire correctement.

163.Vérifiez les limites : après un calcul, vérifiez toujours que le résultat respecte les limites réglementaires (flèche, espacement, épaisseur minimale).

Formules à mémoriser

Résistance au cisaillement d'un goujon : qᵣ = 0,5 × Aₛ × √(f'c × E꜀)

Largeur efficace : bₑ = min (L/8, distance entre poutres/2, distance au bord libre)

Flèche maximale : Δ_max = L/180 (béton frais) ou L/360 (charge de service)

Nombre de tôles : N = Largeur ÷ Largeur de couverture

Résumé

Le platelage métallique et les systèmes de planchers composites constituent un élément essentiel de la construction en charpente d'acier. Les points clés à retenir :

171.Profils : B (38 mm) pour toitures et planchers légers, P (76 mm) pour planchers lourds.

172.Fixations : goujons soudés pour les planchers composites, vis ou pinces pour les toitures.

173.Goujons : diamètre 19 ou 22 mm, longueur dépassant de 38 mm au-dessus de la nervure, soudés selon CSA W59.

174.Béton : résistance minimale 25 MPa, épaisseur minimale 50 mm au-dessus des nervures.

175.Diaphragme : le platelage transmet les charges latérales ; les fixations doivent être conçues pour le cisaillement.

176.Étaiement : requis pour les portées supérieures à 3 m sous le poids du béton frais.

177.Contrôle qualité : essais de pliage des goujons (1 sur 100), inspection visuelle des soudures, vérification des tolérances.

178.Normes : CSA S16, CSA S136, CSA W59, CSA A23.1, CNBC.

Le candidat doit maîtriser les calculs de base (quantités, flèches, résistance des goujons) et connaître les exigences d'installation et de contrôle de la qualité pour réussir les questions portant sur ce sujet.

Pièges à éviter

Piège	Conséquence	Solution
Confondre profils B et P	Calculs de résistance erronés	Vérifier la hauteur de nervure (38 vs 76 mm)
Oublier la tolérance de laminage	Résistance surestimée	Utiliser l'épaisseur minimale (nominale - 10 %)
Négliger la largeur efficace	Résistance composite surestimée	Prendre la valeur minimale des trois critères
Confondre L/180 et L/360	Flèche excessive sous béton frais	L/180 pour béton frais, L/360 pour charges de service
Ignorer les essais de goujons	Défaillance des connexions	Essai de pliage 1/100, essai de traction 1/500
Fixations insuffisantes sur les rives	Rupture du diaphragme	Espacement de 150 mm sur les supports de rive
Soudage des goujons sur recouvrement	Mauvaise liaison acier-béton	Positionner les goujons hors des recouvrements
Oublier la conversion pouces/mm	Erreurs de calcul	1 po = 25,4 mm ; vérifier les dimensions des profils

La maîtrise de ces concepts et la connaissance des normes canadiennes applicables permettront au candidat d'aborder avec confiance les questions de l'examen Red Seal portant sur le platelage métallique et les systèmes de planchers composites.

Platelage métallique et systèmes de planchers composites