Le coulage des éléments de structure

Bruno Caillard

Dans cet article, vous allez découvrir les différents types de coffrage et les caractéristiques qu’ils doivent avoir, de même que pour les vibrateurs à béton et les précautions à prendre avant de commencer le coulage.

Les coffrages

Les coffrages forment l’outil essentiel et incontournable de la mise en œuvre du béton. La qualité du coffrage influe directement sur les finitions suite à un coulage.
On peut donc définir un coffrage comme étant une structure temporaire dans laquelle on coule le béton afin que celui-ci épouse sa forme et soit protégé durant le temps de séchage.
Par conséquent, le coffrage a pour rôle de :

  • Donner la forme voulue au béton
  • Maintenir le béton durant sa période de séchage
  • Offrir un état de surface au béton

Pour remplir ses fonctions, le coffrage devra être :

  • Indéformable et stable

En effet, lors du coulage du béton, le coffrage sera soumis à des efforts dus notamment au processus de vibration et à la pression du béton. Le coffrage doit donc être solide, avoir une bonne rigidité et avoir une certaine taille afin de résister au poids du béton.

  • Étanche

Comme le coffrage est obtenu par l’assemblage de panneaux ou d’éléments, il faut faire très attention à l’étanchéité. Un manque d’étanchéité adéquate fera passer l’eau ou la laitance du béton. Le dosage des constituants préalablement étudié et mis en œuvre sera alors faussé. Par conséquent, ce sont aussi les propriétés du béton qui seront faussées. De plus, l’aspect du béton en sera fortement modifié à cause de la présence des nids de cailloux et le fait que la texture et la teinte ne seront plus hétérogènes.

Selon les matériaux utilisés, nous pouvons distinguer 3 types de coffrages :

Coffrage en bois

C’est l’un des matériaux le plus utilisé pour la confection de coffrage. Il présente l’avantage d’être facile à découper et à assembler. Il offre une bonne apparence au béton et peut être utilisé pour des ouvrages dont les formes ne sont pas conventionnelles.

Coffrage métallique

Contrairement au coffrage en bois, leur découpe est assez difficile. Néanmoins, ils sont très appréciés car ils augmentent considérablement la productivité, offrent une surface lisse au béton et sont réemployables pour des éléments à caractère répétitifs.

Coffrage en matériaux synthétiques

Ils sont principalement employés pour la réalisation de la peau du coffrage. Facile à assembler et souple, ils permettent d’avoir un parement de meilleure qualité et sont surtout employés dans les chantiers de petite envergure.


Enfin, pour faciliter le décoffrage et éviter d’éventuelles liaisons entre le béton et le coffrage, des produits de démoulage (huiles minérales, émulsions, résines, cires, etc) peuvent être appliqués.
Vous pouvez consulter l’article concernant la réalisation et les étapes à suivre avant le coulage du béton pour la confection de vos coffrages.

Le coulage des éléments de structure


Le coulage du béton

Vous pourrez trouver dans cette rubrique les différents types de bétons possibles et utilisables.
Après avoir malaxé le béton que vous avez soigneusement choisi et réalisé, il est indispensable de refaire des vérifications avant d’entamer le coulage proprement dit. La première vérification devra se porter sur le coffrage. Il faut vérifier notamment les dimensions, la solidité, l’étanchéité, la propreté et enfin l’humidification des parois par les produits qui facilitent le démoulage.
Ensuite, il faudra revérifier la disposition des ferraillages et le respect de l’enrobage ou la distance des armatures par rapport aux parois.
Après avoir effectué toutes les vérifications, le coulage proprement dit peut alors être démarré sans aucun problème.

Après le coulage, il faudra également s’assurer de la bonne répartition du béton dans le coffrage et de l’expulsion des bulles d’air à travers la vibration.

La vibration du béton

C’est le moyen le plus couramment utilisé pour garantir la mise en place du béton dans le coffrage.

La fonction principale de la vibration est l’arrangement optimal des grains qui sont présents dans le béton.
La vibration permet ainsi l’obtention d’un matériau plus homogène et plus compact, rendant la porosité du béton aussi faible que possible par l’effet de serrage. Elle permet de remplir intégralement les coffrages et les moules.
La vibration a pour effet d’améliorer la viscosité du béton : il est donc possible et même conseillé de réduire l’eau de gâchage.
Une bonne vibration du béton est donc indispensable du fait qu’elle accroît à la fois les caractéristiques mécaniques, la durabilité mais également l’aspect du béton.
Il est à noter que la vibration n’est pas nécessaire pour les bétons autoplaçants dans la mesure où ils se mettent en place seulement sous l’effet de la gravité.

On distingue :

  • Les vibrations internes


Exemple d’aiguille vibrante

Dans ce cas de figure, le vibrateur agit directement au sein du béton. On utilise un pervibrateur qui est en forme de longue aiguille métallique (également appelée torpille cylindrique) que l’on introduit dans le béton frais. Les diamètres les plus courants des aiguilles varient de 25 à 100 mm mais on peut également rencontrer de plus grosses aiguilles allant jusqu’à 150 mm.
Le pervibrateur doit être choisi en fonction des caractéristiques de l’ouvrage : espacement des armatures, volume total de béton à mettre en œuvre...
Les aiguilles vibrantes peuvent être électriques, pneumatiques ou thermiques et sont entraînées par un petit moteur indépendant à essence avec des fréquences de l’ordre de 10 000 à 20 000 vibrations par minute.

Les précautions ou les règles à prendre en compte sont :

  • Ne pas incliner l’aiguille de plus de 45° par rapport à la verticale
  • Le déplacement de l’aiguille de point en point doit être distant d’environ 6 à 8 fois le diamètre de l’aiguille, soit aux alentours de 30 à 40 cm pour une aiguille dont le diamètre est de 50 mm
  • Eviter de rapprocher l’aiguille au maximum des armatures et des coffrages
  • L’aiguille doit s’enfoncer dans le béton seulement sous l’effet de son propre poids
  • Dans le cas où l’élément à vibrer comporterait plusieurs couches, il faut faire pénétrer l’aiguille sur environ 10 cm dans la couche sous-jacente
  • La vibration doit se faire par couche de 40 à 50 cm d’épaisseur au maximum
  • L’aiguille doit être retirée lentement après son utilisation en laissant la cavité se refermer pour éviter de créer des cheminées de mortier et de laitance
  • Les vibrations externes


Système pour la vibration des coffrages

Elles sont réalisées par l’intermédiaire de vibrateurs de coffrage. Ils sont fixés sur les coffrages qui doivent être à la fois rigides, solides et suffisamment lourds pour transmettre la vibration de manière homogène. Pouvant être électriques et pneumatiques, ils sont principalement utilisés pour la mise en place du béton des voiles, des poteaux, des poutres, des murs de préfabrication, etc. La profondeur du béton intéressé par les vibrations externes ne dépasse pas 25 cm.

  • Les vibrations superficielles

Ce cas concerne la vibration des dalles et des voiries en béton, mais également de tous les éléments horizontaux dont l’épaisseur est comprise entre 15 et 20 cm. Dans ce cas, on a recours à des règles vibrantes, aux taloches vibrantes et aux truelles mécaniques (hélicoptère).

Règle vibrante
Truelles mécaniques (hélicoptère)
Taloche vibrante


La vibration peut être estimée suffisante quand :
•Le tassement du béton s’arrête
•Le dégagement des bulles d’air s’interrompt
•A la surface, on remarque l’apparition de la laitance
•Le bruit émis par le vibrateur se stabilise

Remarque

Selon la consistance du béton, dans certains cas, la vibration n’est pas toujours indispensable.
Afin de découvrir ces cas, des expériences ont été menées dans le but de découvrir l’influence réelle de la vibration sur les propriétés du béton.
Pour ce faire, nous avons orienté l’expérience sur 5 consistances bien distinctes.

Consistance S1 S3 S4 S5 Béton autoplaçant
Ciment [ Kg/m3 ]280300320340380
Sable 0/4 mm [ kg/m3 ]796775755737695
Gravier 8/20 mm [ kg/m3 ]973948923901849
Eau [ L/m3 ]168180192204228
Propriété du béton fraisFermePlastiqueFluideTrès fluideExtrêmement fluide

Il est à noter que ces classes ont été données suite à des essais d’affaissement au cône d’Abrams ou des essais d’étalement pour le cas du béton autoplaçant dans laquelle la classe S1 a l’affaissement le plus faible. Plus la valeur de la classe augmente, plus l’affaissement est élevé.

Résultats
Du point de vue de la résistance, que ce soit en traction ou en compression, la vibration n’a amélioré que la résistance du béton de classe S1 et S3. Pour les autres classes, la résistance a même été très légèrement réduite.
Par contre, la masse volumique de toutes les classes ont été accrues du fait de la vibration, plus particulièrement pour la classe S1 et S3.
La vibration a également amélioré la qualité du parement par une réduction importante de la porosité, excepté pour la classe S5 et le béton autoplaçant où aucun changement notable n’a été remarqué.

Conclusion
Pour conclure, les bétons dont les classes se situent entre S1 et S3 (les bétons ordinaires que nous employons) doivent donc être obligatoirement vibrés sous peine d’avoir des propriétés moindres.
Pour la classe S4, la vibration n’est pas totalement indispensable sauf si l’ouvrage est constamment soumis à des agents agressifs extérieurs (eaux de mer, solutions acides, eaux sulfatées, etc.) dans la mesure où la qualité du parement serait amoindrie (augmentation de la porosité) sans vibration.
Enfin, pour la classe S5 et pour le béton autoplaçant, elle est tout à fait inutile. La vibration est même déconseillée car elle engendrerait des risques de ségrégation du béton.