Fiche Technologique : Construction de Fondations Monolithiques pour Poteaux en Acier
Matériaux
- Treillis d'armature unifiés (fabriqués en usine, soudables)
- Barres d'armature (pour cages spatiales)
- Cales d'enrobage du béton (plastiques, restant intégrées dans le béton)
- Système de coffrage modulable et réutilisable (panneaux métalliques, pinces de serrage)
- Béton frais (lourd ou fin, classe de résistance à la compression, par exemple, C20/25, C25/30 ; classe d'ouvrabilité, avec passeport qualité ISO 22966 ou équivalent)
- Produit de démoulage pour coffrage (spécial, n'altérant ni l'aspect ni la résistance du béton)
- Matériaux de cure du béton : toile de jute humide, bâche, sciure, sable
- Mortier de ciment (composition 1:2 à 1:3 pour la réparation des défauts)
Équipement
- Grue de montage (pour l'installation des cages d'armature, du coffrage et la mise en œuvre du béton)
- Équipements de levage et outils (élingues, pinces de levage, outillage à main)
- Équipement de soudage électrique (pour l'assemblage des cages d'armature, conformément à ISO 17660)
- Camions-malaxeurs (mixers, pour le transport du béton frais)
- Bennes à béton (à déchargement latéral et vanne à secteur, capacité 1 m³)
- Pompe à béton (à haute capacité, par exemple, 80 m³/h)
- Épandeur de béton (avec transporteur à bande)
- Vibrateurs internes (pour le compactage du béton frais)
1. Domaine d'Application et Informations Générales
Cette fiche technologique est élaborée pour les travaux de construction de fondations monolithiques en béton armé, destinées aux poteaux en acier, à condition que les températures ambiantes soient positives. Une fondation d'un volume allant jusqu'à 50 m³ et d'une hauteur de 5 m est prise comme ouvrage type. Des exemples de solutions constructives, de séquences technologiques d'exécution des travaux et les indicateurs technico-économiques correspondants sont fournis sur la base d'une fondation de marque MF-1, d'un volume de 50 m³, d'une surface de coffrage de 6 078 m² et d'une masse totale d'armatures de 2 990 kg.
L'ensemble des travaux régis par cette fiche comprend : le montage des systèmes de coffrage modulable et réutilisable ; l'exécution du ferraillage de la fondation avec l'utilisation de treillis d'armature standardisés ; le processus de bétonnage de la fondation en utilisant des grues de levage et des bennes à béton, ainsi que des épandeurs de béton ou des pompes à béton ; le démontage ultérieur du coffrage après que le béton ait atteint la résistance requise.
2. Travaux de Ferraillage
Avant le début des travaux de montage pour le ferraillage de la fondation, les opérations préparatoires suivantes doivent être entièrement achevées : l'implantation précise des axes de construction et la réalisation du béton de propreté ; la livraison et le stockage en temps voulu de tous les éléments d'armature nécessaires dans la zone d'action de la grue de montage ; la préparation de tous les équipements de levage, des outils requis et du matériel de soudage électrique.
Le montage des armatures commence par le traçage minutieux des emplacements de pose des treillis et l'installation subséquente des cales d'enrobage du béton à pas de 1 m. Le ferraillage est réalisé à l'aide de treillis d'armature unifiés, fabriqués en usine sur des machines à souder par points multipoints. La pose des treillis s'effectue dans des directions mutuellement perpendiculaires. Le socle de la fondation est armé d'une cage d'armature spatiale, qui est mise en place selon le projet à l'aide d'une grue.
L'assemblage des cages d'armature spatiales est réalisé sur une aire de préfabrication spécialement équipée. Initialement, quatre treillis verticaux sont placés sur des cales et temporairement fixés par des tirants. Ensuite, des treillis horizontaux y sont soudés, et des cales temporaires sont placées dans la partie inférieure, qui seront retirées avant le montage du coffrage. Après l'installation de la cage, des cales d'enrobage en plastique sont montées sur les treillis verticaux à pas de 1 m, assurant l'épaisseur requise de l'enrobage du béton et restant intégrées dans la masse du béton.
Les travaux de montage des armatures sont effectués par une équipe spécialisée de quatre personnes : un ferrailleur de 3e degré, deux ferrailleurs de 2e degré et un soudeur électrique de 5e degré. La réception des armatures montées est effectuée avant le début du bétonnage et est formalisée par un procès-verbal de récolement des ouvrages cachés, dans lequel doivent figurer les numéros des plans d'exécution, toute déviation par rapport à ceux-ci et une évaluation de la qualité du montage. La méthode et la technologie d'installation des boulons d'ancrage sont choisies en stricte conformité avec les exigences de la documentation d'exécution.
- Traçage des emplacements de pose des treillis d'armature et installation des cales d'enrobage à pas de 1 m.
- Pose des treillis d'armature dans des directions mutuellement perpendiculaires.
- Assemblage des cages d'armature spatiales du socle sur l'aire de préfabrication : installation de quatre treillis verticaux sur des cales et leur fixation temporaire par des tirants.
- Soudage des treillis horizontaux aux treillis verticaux et placement de cales temporaires en bas, qui sont retirées avant le montage du coffrage.
- Installation de cales d'enrobage en plastique permanentes à pas de 1 m sur les treillis verticaux après le montage de la cage pour assurer l'enrobage du béton.
3. Travaux de Coffrage
Avant le début des travaux de montage du système de coffrage, les opérations obligatoires suivantes doivent être réalisées : l'installation des treillis d'armature et de la cage doit être entièrement achevée ; la vérification de la conformité de la livraison du coffrage selon la spécification doit être effectuée ; l'assemblage prémonté des panneaux doit être réalisé si le projet le prévoit. Les éléments de coffrage arrivant sur le chantier doivent être positionnés dans la zone d'action de la grue de levage pour faciliter le montage.
Tous les composants du coffrage doivent être stockés dans une position conforme à leurs conditions de transport, soigneusement triés par marque et par type. Il est recommandé de stocker les grandes unités préassemblées dans des entrepôts fermés ou sous abri, en assurant une protection contre les dommages mécaniques et les intempéries. Les petites pièces doivent être stockées dans l'entrepôt sous emballage. Pour la construction des fondations, un coffrage modulable et réutilisable unifié est utilisé.
Avant le début du montage du coffrage modulable et réutilisable, les panneaux métalliques sont assemblés en éléments de coffrage à l'aide de pinces de serrage spéciales. Les dimensions des panneaux formés sont déterminées par les surfaces de projet des fondations. Après l'installation des éléments de coffrage, le montage de plateformes suspendues avec échelles intégrées est effectué pour assurer un accès sûr et l'exécution des travaux. Les travaux de montage du coffrage sont réalisés par une équipe de deux monteurs de 4e et 3e degrés.
Le décoffrage est effectué après que le béton a atteint la résistance requise par le projet, dans la séquence stricte indiquée dans la documentation d'exécution et le plan d'exécution des travaux. Le coffrage doit posséder une résistance, une rigidité, une stabilité géométrique et une étanchéité suffisantes sous l'effet des charges technologiques, tout en garantissant la forme, les dimensions et la qualité des ouvrages construits conformément au projet. Une adhérence minimale et une neutralité chimique des surfaces de travail vis-à-vis du béton sont obligatoires, ce qui facilite le décoffrage et prévient les défauts de surface.
- Assemblage des panneaux métalliques de coffrage en éléments de coffrage à l'aide de pinces de serrage.
- Installation des éléments de coffrage à l'emplacement prévu, en tenant compte des dimensions géométriques de la fondation.
- Montage des plateformes suspendues avec échelles sur les éléments de coffrage installés pour assurer l'accès.
- Décoffrage après que le béton a atteint la résistance requise, strictement dans la séquence indiquée dans la documentation de projet.
4. Travaux de Bétonnage
Avant le début de la mise en œuvre du béton, il est nécessaire d'effectuer une série de mesures préparatoires : vérifier la bonne installation des armatures et du coffrage ; éliminer tous les défauts identifiés du système de coffrage ; s'assurer de la présence et de la correction de l'installation des cales, garantissant l'épaisseur d'enrobage du béton prescrite par le projet. Toutes les structures et leurs éléments masqués pendant le processus de bétonnage doivent être réceptionnés par un procès-verbal de récolement des ouvrages cachés. Le coffrage et les armatures doivent être soigneusement nettoyés des débris, de la saleté et de la rouille. Le bon fonctionnement de tous les mécanismes, la conformité des dispositifs et des outils sont également vérifiés.
La livraison du béton sur le site est prévue par camions-malaxeurs. La mise en place du béton sur le lieu de coulage peut s'effectuer de trois manières principales : par grue avec utilisation de bennes à béton, par pompe à béton ou par épandeur de béton. Lors de l'utilisation d'une grue, une benne à béton d'une capacité de 1 m³, conçue par un institut de recherche spécialisé, équipée d'une décharge latérale et d'une vanne à secteur, est utilisée. Les travaux de bétonnage par grue sont réalisés par une équipe de deux bétonneurs de 4e et 3e degrés.
La deuxième option implique l'alimentation du mélange par pompe à béton avec une capacité, par exemple, de 80 m³/h. La pompe à béton est servie par une équipe de deux personnes : un opérateur de 5e degré et son assistant de 4e degré. Le choix et la désignation de la composition du béton sont effectués par le laboratoire de construction. Pour les pompes à béton, un pompage d'essai du béton et des essais d'échantillons sont obligatoires. La troisième option de mise en œuvre du béton est réalisée par un épandeur de béton. Son entretien est effectué par un opérateur de 5e degré.
La mise en œuvre du béton dans les fondations s'effectue par étapes : bétonnage par couches de la première marche du patin, puis de la deuxième marche, et se termine par le bétonnage par couches du socle. L'intervalle entre la mise en œuvre de couches adjacentes de béton doit être d'au moins 40 minutes, mais ne pas dépasser 2 heures. Pour un socle d'une hauteur supérieure à 2 m, il est recommandé d'utiliser des trompes à éléments verticaux. Le béton est mis en œuvre en couches d'une épaisseur de 30 à 40 cm et compacté à l'aide de vibrateurs internes. La partie active du vibrateur est immergée dans la couche de béton précédemment coulée sur 5 à 10 cm. Dans les angles et le long des parois du coffrage, le béton est compacté en complément avec des vibrateurs de plus petite taille ou par piquage avec des tringles manuelles. Il est interdit d'appuyer les vibrateurs sur les armatures pendant le travail. Le vibrage à une position s'arrête lorsque le tassement du mélange cesse et que du lait de ciment apparaît en surface. Le vibrateur est retiré lentement, sans éteindre le moteur, pour un remplissage uniforme de la cavité sous l'extrémité. Après la mise en œuvre du béton, il est nécessaire de créer des conditions optimales de température et d'humidité pour sa prise et son durcissement. Les surfaces horizontales de la fondation sont recouvertes de toile de jute humide, de bâches, de sciure ou de sable, qui sont régulièrement humidifiés, pendant une durée déterminée par les conditions climatiques et les instructions du laboratoire de construction.
- Bétonnage par couches de la première marche du patin de fondation.
- Bétonnage par couches de la deuxième marche du patin de fondation.
- Bétonnage par couches du socle de la fondation.
- Mise en œuvre du béton en couches d'une épaisseur de 30 à 40 cm, en respectant les intervalles entre les couches (pas moins de 40 min, pas plus de 2 h).
- Compactage du béton par vibrateurs internes, avec immersion dans la couche précédemment coulée sur 5 à 10 cm et retrait lent.
- Compactage complémentaire dans les angles et le long des parois du coffrage à l'aide de petits vibrateurs ou de tringles manuelles.
5. Contrôle Qualité et Tolérances Admissibles
Le contrôle qualité opérationnel est une partie intégrante du processus de construction des fondations monolithiques et est effectué à toutes les étapes : préparatoire, pendant le bétonnage (y compris la préparation, le transport et la mise en œuvre du mélange), pendant la période de cure et de décoffrage du béton, ainsi que lors de la réception des ouvrages finis en béton et en béton armé.
**Contrôle qualité des travaux de ferraillage :**
* **Travaux préparatoires :** Contrôle visuel de la présence des documents qualité (certificats) pour les produits d'armature, évaluation de la qualité des armatures et, si nécessaire, réalisation de mesures et prélèvements d'échantillons pour essais. Vérification de la qualité de la préparation et des niveaux de l'assise porteuse, ainsi que de la bonne installation et fixation du coffrage. Documentation dans le journal de chantier.
* **Installation des armatures :** Examen technique de tous les éléments pour contrôler la précision de l'installation des armatures en plan et en hauteur, la fiabilité de leur fixation et l'épaisseur de l'enrobage du béton. Documentation dans le journal de chantier.
* **Réception des travaux exécutés :** Contrôle visuel et dimensionnel de la conformité de la position des armatures par rapport au projet, de l'épaisseur de l'enrobage, de la fiabilité de la fixation dans le coffrage, ainsi que de la qualité des nœuds soudés (ligaturés) de la cage. Formalisé par un procès-verbal de récolement des ouvrages cachés.
* **Outils de contrôle et de mesure :** fil à plomb, mètre ruban métallique, règle métallique. Le contrôle opérationnel est effectué par le chef de chantier (contremaître), le contrôle de réception par les employés du service qualité, le chef de chantier (contremaître), les représentants du contrôle technique du client.
**Contrôle qualité des travaux de coffrage :**
* **Travaux préparatoires :** Contrôle visuel de la présence du passeport du coffrage et du plan d'exécution des travaux pour l'installation et la réception du coffrage. Vérification de la qualité de la préparation et des niveaux de l'assise porteuse, de la présence et de l'état des éléments de fixation et des moyens d'échafaudage. Documentation dans le journal de chantier.
* **Assemblage du coffrage :** Examen technique et contrôle dimensionnel du respect de l'ordre d'assemblage des panneaux, de l'installation des éléments de fixation et des pièces à sceller, de l'étanchéité des jonctions des panneaux (joints de 2 mm maximum), du respect des dimensions géométriques et des pentes des surfaces définies par le projet, de la fiabilité de la fixation des panneaux.
* **Réception du coffrage :** Contrôle dimensionnel de la conformité des dimensions géométriques du coffrage par rapport au projet, de sa position par rapport aux axes d'implantation (en plan et en verticalité), de l'indication des niveaux de projet de la partie supérieure de la structure à bétonner. Examen technique de la bonne installation et de la fiabilité de la fixation des pièces à sceller et de l'ensemble du système. Documentation dans le journal de chantier.
* **Outils de contrôle et de mesure :** mètre ruban, fil à plomb de chantier, niveau, théodolite, règle métallique. Contrôle opérationnel – chef de chantier (contremaître), géomètre ; contrôle de réception – employés du service qualité, chef de chantier (contremaître), contrôle technique du client.
**Contrôle qualité de la réalisation des fondations monolithiques (bétonnage) :**
* **Travaux préparatoires :** Examen technique de la bonne installation et de la fixation du coffrage et des échafaudages, de la disponibilité des mécanismes. Contrôle dimensionnel du niveau de l'assise. Contrôle visuel de la propreté de l'assise, du béton précédemment coulé et de la surface intérieure du coffrage, de l'état des armatures (absence de rouille, d'huile). Contrôle dimensionnel du repérage du niveau supérieur de bétonnage. Documentation dans le journal de chantier et les procès-verbaux des ouvrages cachés.
* **Mise en œuvre du béton, durcissement, décoffrage :** Contrôle en laboratoire de la qualité du béton frais. Examen technique de l'état du coffrage. Contrôle dimensionnel de la hauteur de chute du mélange, de l'épaisseur des couches mises en œuvre (30 à 40 cm), du pas de déplacement des vibrateurs internes, de leur profondeur d'immersion (5 à 10 cm dans la couche précédente), de la durée de vibration (au moins 2 fois par poste). Contrôle dimensionnel et en laboratoire du régime de température et d'humidité de durcissement, de la résistance réelle du béton et des délais de décoffrage. Documentation dans le journal de chantier.
* **Réception des travaux exécutés :** Contrôle en laboratoire de la résistance réelle du béton. Contrôle visuel de la qualité de la surface des ouvrages et des matériaux utilisés. Contrôle dimensionnel des dimensions géométriques et de la conformité de l'ouvrage aux plans d'exécution. Formalisé par un procès-verbal de réception des travaux.
* **Outils de contrôle et de mesure :** fil à plomb, théodolite, mètre ruban, règle métallique, niveau, latte de 2 m. Contrôle opérationnel – chef de chantier (contremaître), ingénieur de laboratoire ; contrôle de réception – employés du service qualité, chef de chantier (contremaître), contrôle technique du client.
**Tolérances admissibles :**
* Écarts des surfaces par rapport à la verticale ou à la pente du projet sur toute la hauteur des fondations : pas plus de 20 mm.
* Écarts des surfaces horizontales sur toute la longueur de la section vérifiée : pas plus de 20 mm.
* Pente des surfaces d'appui des fondations lors de l'appui de poteaux en acier sans calage : pas plus de 0,0007.
* Irrégularités locales de la surface du béton lors du contrôle avec une règle de deux mètres (sauf surfaces d'appui) : pas plus de 5 mm.
* Écarts de longueur des éléments : ±20 mm.
* Écarts de section transversale des éléments : +6 mm, -3 mm.
* Positionnement des boulons d'ancrage :
* En plan, à l'intérieur du contour d'appui : ±5 mm.
* En plan, à l'extérieur du contour d'appui : ±10 mm.
* En hauteur, par rapport au contour d'appui : +20 mm.
* Différence de niveau en hauteur à la jonction de deux surfaces adjacentes : pas plus de 3 mm.
La réception des ouvrages est formalisée par un procès-verbal de récolement des ouvrages cachés ou un procès-verbal de réception des ouvrages importants conformément aux normes internationales applicables.
6. Exigences relatives au Béton Frais et aux Matériaux
Chaque livraison de béton frais destinée au consommateur doit être accompagnée d'un document qualité contenant les informations suivantes : nom du fabricant, date et heure exacte de l'expédition du béton ; type de béton frais et sa désignation conventionnelle ; numéro de la formulation du béton frais, classe de résistance à la compression du béton (par exemple, C20/25 ou C25/30) ; classe de masse volumique apparente (pour les bétons légers) ; type et volume des adjuvants utilisés ; granulométrie maximale des granulats ; indicateur d'ouvrabilité du béton frais ; numéro du document d'accompagnement ; garanties du fabricant, ainsi que d'autres indicateurs nécessaires.
Les méthodes de transport du béton frais utilisées doivent exclure entièrement la possibilité d'infiltration de précipitations atmosphériques, d'altération de l'homogénéité du mélange, de perte de laitance de ciment, ainsi qu'assurer la protection du mélange contre les effets nocifs du vent et des rayons directs du soleil pendant le transport. La durée maximale de transport des bétons frais est de 90 minutes, sauf indication contraire du laboratoire de construction, en tenant compte du maintien de la qualité requise du mélange.
Le béton frais ayant subi une ségrégation doit être soigneusement remixé sur le lieu des travaux. Lors du contrôle à la réception du béton frais sur le chantier, il est nécessaire de : vérifier la présence du document qualité et l'exhaustivité des données qu'il contient ; par inspection visuelle, s'assurer de l'absence de signes de ségrégation et de la présence des fractions de gros granulats requises. En cas de doute sur la qualité du mélange, une vérification de contrôle doit être demandée conformément aux procédures applicables. Le transport et la mise en œuvre des bétons frais doivent être effectués par des moyens spécialisés, garantissant le maintien des propriétés spécifiées du béton frais. Il est formellement interdit d'ajouter de l'eau sur le lieu de mise en œuvre du béton frais pour compenser sa maniabilité, car cela réduirait irréversiblement les caractéristiques de résistance du béton.
7. Instructions Générales pour l'Exécution des Travaux
Le contrôle qualité des travaux de bétonnage est prévu à toutes les étapes clés : préparatoire ; pendant le bétonnage (y compris la préparation, le transport et la mise en œuvre du béton frais) ; à l'étape de la cure du béton et du décoffrage des ouvrages ; ainsi qu'à l'étape de la réception des ouvrages finis en béton et en béton armé ou des parties de structures.
Au stade préparatoire, on contrôle la qualité des matériaux utilisés pour le béton frais et leur conformité aux exigences des normes applicables, la disponibilité des équipements de gâchage, de transport et auxiliaires, la justesse du choix de la composition du béton frais et la détermination de sa maniabilité (ou de sa consistance) conformément au projet et aux conditions de travail. Avant la mise en œuvre du béton frais, les supports, la bonne installation du coffrage, des structures d'armature et des pièces à sceller sont vérifiés. Les supports en béton et les joints de reprise doivent être nettoyés de la laitance de ciment sans endommager le béton, le coffrage des débris et de la saleté, les armatures de la rouille superficielle. La surface intérieure du coffrage réutilisable est recouverte d'un produit de démoulage spécial, n'affectant ni l'aspect ni la résistance de l'ouvrage.
Pendant la mise en œuvre du béton frais, sont contrôlés l'état des échafaudages, du coffrage, la position des armatures, la qualité du mélange mis en place, le respect des règles de déchargement et de répartition du mélange, l'épaisseur des couches mises en œuvre, le régime de compactage du béton frais, ainsi que l'opportunité et la justesse du prélèvement d'échantillons pour la confection d'éprouvettes témoins de béton. Le béton frais est mis en œuvre en couches horizontales d'épaisseur égale, sans interruption, avec une direction de coulage séquentielle dans le même sens pour toutes les couches. L'épaisseur de la couche est définie en fonction du degré de ferraillage et des moyens de compactage utilisés. La profondeur d'immersion du vibrateur interne doit assurer son enfoncement de 5 à 10 cm dans la couche précédemment coulée, et le pas de déplacement ne doit pas dépasser une fois et demie le rayon d'action. La mise en œuvre de la couche suivante est autorisée avant le début de la prise de la couche précédente. Le niveau supérieur du mélange mis en œuvre doit être de 50 à 70 mm en dessous du sommet des panneaux de coffrage. La surface des joints de reprise, réalisés lors des interruptions, doit être perpendiculaire à l'axe des poteaux. La reprise du bétonnage est autorisée lorsque la résistance du béton atteint au moins 1,5 MPa.
Au stade de la cure du béton, l'ensemble des mesures d'entretien et la séquence de décoffrage sont définis par le plan d'exécution des travaux, en respectant les exigences de maintien du régime de température et d'humidité, de prévention des déformations et fissures, de protection contre les chocs et la perte d'humidité. La circulation des personnes sur les ouvrages bétonnés et l'installation du coffrage des ouvrages supérieurs sont autorisées après que le béton a atteint une résistance d'au moins 1,5 MPa. Les défauts détectés après décoffrage (surfaces gravillonnées, nids de poule) sont nettoyés, rincés à l'eau sous pression et enduits d'un mortier de ciment de composition 1:2 à 1:3. Le contrôle qualité du béton comprend la vérification de la résistance réelle à la compression (sur des éprouvettes témoins, au moins deux prélèvements par jour pour chaque formulation, trois éprouvettes par série), ainsi que, si nécessaire, la résistance au gel et l'étanchéité (au moins une fois tous les 3 mois ou en cas de modification de la formulation). Les résultats du contrôle sont consignés dans le journal et les procès-verbaux de réception des travaux.
8. Bétonnage par Températures Négatives
La construction d'ouvrages en béton et en béton armé par une température extérieure moyenne journalière inférieure à 5 °C et une température journalière minimale inférieure à 0 °C doit être réalisée avec l'application obligatoire de mesures spéciales visant à assurer une prise et un durcissement normaux du béton et à atteindre dans les délais spécifiés la résistance de projet, la résistance au gel, l'étanchéité et les autres propriétés requises, indiquées dans le projet.
La préparation du béton frais doit être effectuée dans des centrales à béton chauffées. Pour cela, de l'eau chauffée et des granulats dégelés ou spécialement chauffés sont utilisés, ce qui permet d'obtenir un béton frais avec une température non inférieure à celle calculée. Dans ce cas, la température maximale admissible de chauffage de l'eau et du béton frais à la sortie du malaxeur ne doit pas dépasser les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous. L'utilisation de granulats secs non réchauffés est autorisée à condition qu'ils ne contiennent ni glace sur les grains ni mottes gelées.
| Type de Ciment | Température maximale admissible de l'eau, °C | Température maximale admissible du béton frais à la sortie du malaxeur, °C |
|:--------------------------------------|:---------------------------------------------|:-----------------------------------------------------------------------------------|
| Ciment Portland, ciment de haut fourneau, | 70 | 35 |
| ciment Portland pouzzolanique (classes < 600) | | |
| Ciment Portland à prise rapide et | 60 | 30 |
| ciment Portland (classes ≥ 600) | | |
| Ciment d'alumine | 40 | 25 |
