Construire en béton avec des techniques modernes

Avec plus de 3 milliards de tonnes de ciment utilisées chaque année, le béton est le matériel de construction le plus utilisé dans le monde.[1] Avec autant d’expérience dans l’utilisation de ce matériel, les compagnies de construction Nord-Américaines sont devenu maîtres de ses multiples usages. Depuis la construction du premier gratte-ciel de béton, la tour Ingalls, construite à Cincinnati, Ohio, en 1903,[2] il y a eu beaucoup d’amélioration dans les techniques de coffrage, l’acier d’armature et le placement du béton.  Même si le béton est lourd, requiert la fabrication de coffrages et produit beaucoup de pollution, il donne aux architectes une grande flexibilité, est disponible partout et est abordable.

La majorité des ouvrages de béton d’aujourd’hui sont coulés en place. Ce qui veut dire, des charpentiers-menuisiers construisent le coffrage, des monteurs d’acier installent les barres d’armatures et des maçons coulent le béton frais dans la forme.

Il y a plusieurs types de coffrages qui peuvent être utilisés pour construire des formes. Les coffrages de métal fabriqués par les manufacturiers, PERI, DOKA et Aluma, par exemple, sont très efficace et permettent de construire de solide coffrage rapidement. Les coffrages glissants sont avantageux pour de longues structures verticales ou horizontales. Pour les régions avec des températures extrêmes, le coffrage isolant est une option très intéressante, avec cette technique, aucun décoffrage n’est nécessaire puisque la forme, en polystyrène, reste en place, une fois le béton coulé et constitue l’isolation du bâtiment.

Peu importe le type d’ouvrage, la différence principale entre coffrages résident dans la structure construite. Pour les structures verticales comme des murs, colonnes ou piliers, les coffrages seront différents des structures horizontales comme des dalles, poutres ou tabliers. D’une façon ou d’une autre, chaque coffrage nécessite une surface plane lisse, puisque le béton sera imprimé des mêmes motifs que la surface de la forme utilisée, et une structure, les cadres, entretoises et supports qui soutiennent le poids élevé du béton frais.

Lorsque la structure le permet, des assemblages de formes préfabriquées peuvent être utilisées. Dans ce cas, les mêmes formes peuvent être « sautées » de composantes à composantes, réduisant le travail nécessaire à la mise en place du coffrage. Dans ce cas, la structure du coffrage reste entière et les panneaux sont légèrement rétractés, de la surface de béton. Il ne reste plus qu’à déplacer la structure entière pour former la prochaine composante. Pour ce faire, on utilise des moyens mécaniques tels que grues ou, cylindres hydrauliques.

Ensuite, on huile les panneaux, pour un meilleur fini et décoffrage rapide et on repositionne l’assemblage selon les dessins techniques. Plusieurs compagnies offrent des coffrages qui se déplacent d’eux-mêmes grâce à l’énergie hydraulique, ces systèmes, sont généralement utilisés lors de hautes constructions verticales, tel que le cœur d’un gratte-ciel, ou de longues structures horizontales, tel qu’un tunnel, l’avantage principal de cette technique est qu’aucun équipement de levage est nécessaire pour déplacer le coffrage.

Pour les applications nécessitant une plus grande personnalisation, des systèmes de coffrages à composantes modulaires sont beaucoup utilisés. Ces systèmes, comprennent des panneaux légers et une structure solide, généralement organisés dans des supports facilement déplaçables, avec des moyens mécaniques. Ils sont installés à la main, pour construire le coffrage nécessaire à l’ouvrage. Dans tous les cas, il y a généralement beaucoup de pièces de remplissages, ouvertures et renforts de métal, construits à la main, avec des matériaux standards.

L’addition de barres d’armatures au béton, lui donne sa force de tension. L’armature est installée après qu’une partie, ou quelquefois la totalité, du coffrage a été mis en place. Les formes, servant de structure aux ferrailleurs pour assembler l’armature d’acier. De nos jours, la majorité de l’acier d’armature arrive sur le chantier coupé de longueur, plié selon les besoins et même, parfois, en cages préassemblées. Ces barres sont fabriquées, selon les dessins techniques, par des machines automatisées, qui permettent une constance et précision impossible avec des moyens manuels.

Lors de la construction de longues structures continues, l’acier d’armature peut venir en sections préassemblées. Ces sections, sont jointées à la section précédente, grâce à des coupleurs spéciaux, qui donnent à ces deux barres d’acier la même résistance qu’une seule barre. Cette technique est utilisée sur de grosses barres d’armatures dans les constructions nécessitant beaucoup de renfort, à cause de la grande longueur de chevauchement qui serait nécessaire. L’utilisation de connecteurs spéciaux pour jointer deux composantes d’un bâtiment est une bonne façon de rendre la préfabrication plus efficace.

Le troisième élément de la construction de béton est la mise en place du béton frais. De gros camions pompes sont utilisées fréquemment, leurs longues portées, leur permet de placer du béton facilement, dans des endroits éloignés. En ajoutant un système de conduites modulaires, des pompes à haute pression et des adjuvants spéciaux dans le béton, on peut livrer le béton frais pratiquement n’importe où. Le béton arrive des usines de la même méthode depuis plusieurs années, dans de gros camions prêts à couler. Dans les chantiers, dont l’accès avec des camions pompes est difficile ou impossible, l’utilisation de mâts hydrauliques permet un placement de précision. Ces mâts sont reliés à un système de tuyaux d’acier et une trémie où les camions de bétons frais peuvent accéder facilement. Le mât est ensuite déplacé, au fur et à mesure que le travail progresse.

Une équipe de maçons et de manœuvres est généralement utilisé pour le placement du béton frais. Avec l’aide de la pompe à béton, ils coulent le mélange au bon endroit, à des hauteurs prédéterminées. Les contracteurs les plus avancés technologiquement utilisent maintenant des machines contrôlées à distance qui nivelle, vibre et lisse le béton frais mais, la majorité des coulées sont encore faites manuellement. Dès que le béton commence à durcir, les maçons s’activent et donne le fini nécessaire au béton avec différents types de truelles, muni de moteurs à essence et même automotrice. Cette étape du procédé est un art qui nécessite beaucoup de dextérité.

Souvent oublié, parce qu’il est difficile d’en voir la valeur à cour terme, le durcissement est une étape clé pour avoir un béton durable à long terme, atteindre la force spécifiée et avoir une belle finition de surface. L’idée est de garder le béton dans des conditions idéales d’hydratation soit, contrôler la température et le niveau d’humidité. Il existe plusieurs façons d’atteindre ces objectifs mais, une méthode simple est de garder les coffrages en place quelques jours et d’humidifier les surfaces exposées. Lorsque des conditions de bétonnage extrême sont présentes, comme chaleur intense ou température sous le point de congélation, un ensemble de mesures doivent être mise en place. Incluant notamment, des abris temporaires, du chauffage ou un système de refroidissement. Pour faciliter le contrôle de la température, il est maintenant possible d’intégrer des sondes dans le béton pour mesurer les différents paramètres.

Sachant que beaucoup de compagnies font les choses différemment, cet article est une revue des meilleures pratiques de l’industrie. Le but étant, de connaître les procédés et méthodes courantes pour avoir une meilleure vision du futur.

[1] https://www.chemistryworld.com/features/the-concrete-conundrum/3004823.article
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Ingalls_Building
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