Coffrage

Les coffrages sont des moules dans lesquels le béton ou des matériaux similaires sont préfabriqués ou coulés sur place . Dans le contexte de la construction en béton, les coffrages supportent les moules de coffrage . Dans des applications spéciales, les coffrages peuvent être intégrés de manière permanente à la structure finale, ajoutant ainsi une isolation ou contribuant à renforcer la structure finie.

Le coffrage peut être en bois, en métal, en plastique ou en matériaux composites :

1. Coffrage traditionnel en bois . Le coffrage est construit sur place à partir de bois et de contreplaqué ou de panneaux de particules résistants à l'humidité . Il est facile à produire mais prend du temps pour les structures de plus grande taille, et le revêtement en contreplaqué a une durée de vie relativement courte. Il est encore largement utilisé lorsque les coûts de main-d'œuvre sont inférieurs aux coûts d'achat de coffrages réutilisables. C'est également le type de coffrage le plus flexible, donc même lorsque d'autres systèmes sont utilisés, des sections compliquées peuvent l'utiliser.
2. Système de coffrage technique . Ce coffrage est construit à partir de modules préfabriqués avec une ossature métallique (généralement en acier ou en aluminium ) et recouvert côté application ( béton ) d'un matériau ayant la structure de surface souhaitée (acier, aluminium , bois, etc.). Les deux principaux avantages des systèmes de coffrage, par rapport aux coffrages traditionnels en bois, sont la rapidité de construction (les systèmes modulaires s'assemblent rapidement par goupille, par clip ou par vis) et des coûts de cycle de vie inférieurs (sauf force majeure, l'ossature est presque indestructible, tandis que le revêtement, s'il est en bois, peut devoir être remplacé après quelques - ou quelques dizaines - utilisations, mais si le revêtement est en acier ou en aluminium, le coffrage peut atteindre jusqu'à deux mille utilisations selon l'entretien et les applications). Les systèmes de coffrage métalliques sont mieux protégés contre la pourriture et le feu que les coffrages traditionnels en bois.
3. Coffrages en plastique réutilisables . Ces systèmes emboîtables et modulaires sont utilisés pour construire des structures en béton très variables, mais relativement simples. Les panneaux sont légers et très robustes. Ils sont particulièrement adaptés aux projets de structures similaires et aux programmes de logements de masse à faible coût. Pour obtenir une couche de protection supplémentaire contre les intempéries destructrices, les toits galvanisés aideront en éliminant le risque de corrosion et de rouille. Ces types d'enceintes modulaires peuvent avoir des toits porteurs pour maximiser l'espace en s'empilant les uns sur les autres. Ils peuvent être montés sur un toit existant ou construits sans plancher et soulevés sur des enceintes existantes à l'aide d'une grue.
4. Coffrage isolant permanent . Ce coffrage est assemblé sur site, généralement à partir de coffrages isolants en béton (ICF). Le coffrage reste en place après le durcissement du béton et peut offrir des avantages en termes de rapidité, de résistance, d'isolation thermique et acoustique supérieure , d'espace pour faire passer les services publics dans la couche EPS et de fourrure intégrée pour les finitions de bardage.
5. Systèmes de coffrage structurel à maintien en place . Ce coffrage est assemblé sur place, généralement à partir de coffrages préfabriqués en plastique renforcé de fibres . Ceux-ci se présentent sous la forme de tubes creux et sont généralement utilisés pour les colonnes et les piliers . Le coffrage reste en place après le durcissement du béton et agit comme renfort axial et de cisaillement , tout en servant à confiner le béton et à le protéger des effets environnementaux, tels que la corrosion et les cycles de gel-dégel .
6. Coffrage flexible . Contrairement aux moules rigides décrits ci-dessus, le coffrage flexible est un système qui utilise des feuilles de tissu légères et très résistantes pour tirer parti de la fluidité du béton et créer des formes de bâtiment hautement optimisées et intéressantes sur le plan architectural. Grâce au coffrage flexible, il est possible de couler des structures optimisées qui utilisent beaucoup moins de béton qu'une section prismatique de résistance équivalente, offrant ainsi le potentiel d'importantes économies d'énergie incorporée dans les nouvelles structures en béton.

Certains des premiers exemples de dalles en béton ont été construits par des ingénieurs romains. Le béton étant assez résistant aux charges de compression , mais ayant une résistance à la traction ou à la torsion relativement faible , ces premières structures étaient constituées d' arcs , de voûtes et de dômes résistants à la compression . La structure en béton la plus remarquable de cette période est le Panthéon de Rome. Pour mouler cette structure, des échafaudages et des coffrages temporaires ou des étaiements ont été construits dans la forme future de la structure. Ces techniques de construction ne se limitaient pas au coulage du béton, mais étaient et sont largement utilisées dans la construction en maçonnerie . En raison de la complexité et de la capacité de production limitée du matériau de construction , l'essor du béton en tant que matériau de construction privilégié n'a pas eu lieu avant l'invention du ciment Portland et du béton armé .

Similaire à la méthode traditionnelle, mais les longerons et les solives sont généralement remplacés par des poutres en bois d'ingénierie et les supports sont remplacés par des étais métalliques réglables. Cela rend cette méthode plus systématique et réutilisable.

À l'aube du renouveau du béton dans les structures en dalles, les techniques de construction des structures temporaires ont été dérivées de la maçonnerie et de la charpenterie . La technique traditionnelle de coffrage de dalles consiste en des supports en bois ou en jeunes troncs d'arbres, qui supportent des rangées de longerons assemblés à environ 3 à 6 pieds ou 1 à 2 mètres d'intervalle, selon l'épaisseur de la dalle. Entre ces longerons, des solives sont placées à environ 12 pouces (30 cm) d'intervalle, sur lesquelles sont placées des planches ou du contreplaqué . Les longerons et les solives sont généralement en bois de 4 x 4 pouces ou 4 x 6 pouces. L'épaisseur de contreplaqué impérial la plus courante est de 3 ⁄ 4 pouce et l'épaisseur métrique la plus courante est de 18 mm.

Semblable à la méthode traditionnelle, mais les longerons et les solives sont remplacés par des systèmes de coffrage en aluminium ou les poutres en acier et les supports sont remplacés par des étais métalliques. Cela rend également cette méthode plus systématique et réutilisable. Les poutres en aluminium sont fabriquées sous forme d'unités télescopiques qui leur permettent de franchir des supports situés à des distances variables. Les poutres télescopiques en aluminium peuvent être utilisées et réutilisées dans la construction de structures de différentes tailles.

Ces systèmes sont constitués de poutres préfabriquées en bois, en acier ou en aluminium et de modules de coffrage. Les modules ne mesurent souvent pas plus de 1 à 2 mètres. Les poutres et le coffrage sont généralement posés à la main et fixés ensemble par des goupilles, des clips ou des vis. Les avantages d'un système modulaire sont les suivants : pas besoin de grue pour placer le coffrage, rapidité de construction avec une main-d'œuvre non qualifiée, les modules de coffrage peuvent être retirés après la prise du béton, ne laissant en place que les poutres avant d'atteindre la résistance nominale.

Ces systèmes sont constitués de « tables » de coffrage de dalles qui sont réutilisées sur plusieurs étages d'un bâtiment sans être démontées. Les sections assemblées sont soit soulevées par un ascenseur, soit « transportées » par grue d'un étage à l'autre. Une fois en place, les espaces entre les tables ou la table et le mur sont comblés par des coffrages temporaires. Les coffrages de table varient en forme et en taille, ainsi qu'en matériau de construction, certains étant soutenus par des fermes intégrées. L'utilisation de ces systèmes peut réduire considérablement le temps et le travail manuel nécessaires à la mise en place et au décoffrage (ou « démontage ») du coffrage. Leurs avantages sont mieux exploités par les grandes surfaces et les structures simples. Il est également courant pour les architectes et les ingénieurs de concevoir des bâtiments autour de l'un de ces systèmes.

Une table est construite à peu près de la même manière qu'un coffrage à poutres, mais les différentes parties de ce système sont reliées entre elles de manière à pouvoir être transportées. Le revêtement le plus courant est le contreplaqué , mais on utilise aussi de l'acier et de la fibre de verre . Les solives sont soit en bois, en bois d'œuvre (souvent sous forme de poutres en I ), en aluminium ou en acier. Les longerons sont parfois constitués de poutres en I en bois, mais généralement de profilés en acier. Ceux-ci sont fixés ensemble (vissés, soudés ou boulonnés) pour former un « tablier ». Ces tabliers sont généralement rectangulaires, mais peuvent également avoir d'autres formes.

Tous les systèmes de support doivent être réglables en hauteur pour permettre au coffrage d'être placé à la bonne hauteur et d'être retiré une fois le béton durci. Des étais métalliques réglables similaires (ou identiques) à ceux utilisés pour le coffrage de dalles à poutres sont généralement utilisés pour soutenir ces systèmes. Certains systèmes combinent des longerons et des supports dans des fermes en acier ou en aluminium . D'autres systèmes utilisent des tours d'étayage à ossature métallique, auxquelles les tabliers sont fixés. Une autre méthode courante consiste à fixer les tabliers de coffrage à des murs ou des colonnes préalablement coulés, éliminant ainsi complètement l'utilisation d'étais verticaux. Dans cette méthode, des sabots de support réglables sont boulonnés à travers des trous (parfois des trous d'ancrage) ou fixés à des ancrages coulés.

La taille de ces tables peut varier de 70 à 1 500 pieds carrés (6,5 à 140 m2 ⁾ . Il existe deux approches générales dans ce système :

1. Grue : cette approche consiste à assembler ou à produire les tables avec une grande surface de coffrage qui ne peut être déplacée d'un niveau à l'autre qu'à l'aide d'une grue. Les largeurs typiques peuvent être de 15, 18 ou 20 pieds, ou de 5 à 7 mètres, mais leur largeur peut être limitée, de sorte qu'il est possible de les transporter assemblées, sans avoir à payer pour une charge surdimensionnée. La longueur peut varier et peut atteindre 100 pieds (ou plus) selon la capacité de la grue. Une fois le béton durci , les tabliers sont abaissés et déplacés avec des rouleaux ou des chariots jusqu'au bord du bâtiment. À partir de là, le côté saillant de la table est soulevé par la grue tandis que le reste de la table est roulé hors du bâtiment. Une fois le centre de gravité à l'extérieur du bâtiment, la table est attachée à une autre grue et transportée jusqu'au niveau ou à la position suivante.

Cette technique est assez courante aux États-Unis et dans les pays d'Asie de l'Est. Les avantages de cette approche sont la réduction supplémentaire du temps de travail manuel et du coût par unité de surface de dalle et une technique de construction simple et systématique. Les inconvénients de cette approche sont la capacité de levage élevée nécessaire des grues de chantier, le temps de travail supplémentaire coûteux, les coûts de matériaux plus élevés et le manque de flexibilité.

2. Manutention par grue à fourche ou par élévateur :

Cette approche limite la taille et le poids des tables. Les largeurs typiques sont comprises entre 1,8 et 3,0 m (6 et 10 pieds), les longueurs typiques entre 3,7 et 6,1 m (12 et 20 pieds), bien que les tailles et les formes des tables puissent varier. La principale différence de cette approche est que les tables sont soulevées soit à l'aide d'une fourche de transport de grue, soit par des élévateurs à plate-forme de matériaux fixés sur le côté du bâtiment. Elles sont généralement transportées horizontalement jusqu'à l'élévateur ou à la plate-forme de levage de grue d'une seule main avec des chariots de déplacement en fonction de leur taille et de leur construction. Les ajustements de positionnement finaux peuvent être effectués par chariot. Cette technique est populaire aux États-Unis, en Europe et généralement dans les pays à coût de main-d'œuvre élevé. Les avantages de cette approche par rapport au coffrage de poutres ou au coffrage modulaire sont une réduction supplémentaire du temps de travail et des coûts. Les tables plus petites sont généralement plus faciles à personnaliser autour de bâtiments géométriquement complexes (ronds ou non rectangulaires) ou à former autour de colonnes par rapport à leurs homologues de grande taille. Les inconvénients de cette approche sont les coûts de matériaux plus élevés et le temps de grue accru (si elles sont soulevées avec une fourche de grue).

Les coffrages tunnel sont de grandes dimensions, de la taille d'une pièce, qui permettent de couler les murs et les sols en une seule fois. Avec plusieurs coffrages, l'étage entier d'un bâtiment peut être coulé en une seule fois. Les coffrages tunnel nécessitent suffisamment d'espace à l'extérieur du bâtiment pour que l'ensemble du coffrage puisse être retiré et hissé jusqu'au niveau suivant. Une section des murs est laissée non coulée pour retirer les coffrages. En général, les coulées sont effectuées à une fréquence de 4 jours. Les coffrages tunnel sont particulièrement adaptés aux bâtiments qui ont des cellules identiques ou similaires pour permettre la réutilisation des coffrages dans le sol et d'un étage à l'autre, dans les régions où les prix de la main-d'œuvre sont élevés. Le coffrage tunnel permet de gagner du temps et de réduire les coûts.

Voir caisson structurel .

L'huile de coffrage a pour principal objectif de réduire l'adhérence entre la structure de fondation et le mélange de béton qui y est coulé. Elle réduit également le risque de fissures et d'éclats dus au dessèchement ou à la surcharge du béton. Sans huile de coffrage, qui réduit l'adhérence entre les surfaces, il devient pratiquement impossible de retirer la structure sans endommager la fondation, le mur ou la cloison. Le risque augmente également avec la taille de l'étage.

Le coffrage grimpant , également appelé coffrage à ressort , est un type de coffrage spécial pour les structures verticales en béton qui s'élèvent avec le processus de construction. Bien que relativement compliqué et coûteux, il peut être une solution efficace pour les bâtiments qui sont soit de forme très répétitive (comme les tours ou les gratte-ciel) ou qui nécessitent une structure de mur sans joint (en utilisant un coffrage glissant , un type spécial de coffrage grimpant).

Il existe différents types de coffrages grimpants, qui sont soit déplacés de temps à autre, soit même mobiles d'eux-mêmes (généralement sur vérins hydrauliques, nécessaires pour les coffrages autogrimpants et glissants).

Les formes d'escalade sont couramment utilisées sur :

• Gratte-ciels
• Pylônes de pont
• Colonnes en béton
• Tours de contrôle des aéroports
• Immeubles de grande hauteur
• Cages d'ascenseur
• Silos

L'accent est de plus en plus mis sur la durabilité dans la conception, renforcée par des objectifs de réduction des émissions de dioxyde de carbone . La faible énergie intrinsèque du béton en volume est compensée par son taux de consommation, qui fait que la fabrication du ciment est responsable d'environ 5 % des émissions mondiales de CO2 _. [

Le béton est un fluide qui permet de créer de manière économique des structures de presque toutes les géométries. Le béton peut être coulé dans un moule de presque toutes les formes. Le résultat est cependant une utilisation intensive de matériaux avec une empreinte carbone importante. L'utilisation généralisée de moules orthogonaux comme coffrages pour béton a donné naissance à un vocabulaire bien établi de formes prismatiques pour les structures en béton. Pourtant, ces systèmes de coffrage rigides doivent résister à des pressions considérables et consommer des quantités importantes de matériaux. De plus, l'élément résultant nécessite plus de matériaux et a un poids propre plus important qu'un élément moulé avec une section transversale variable.

Des méthodes d'optimisation simples peuvent être utilisées pour concevoir un élément à section transversale variable dans lequel la capacité de flexion et de cisaillement en tout point le long de la longueur de l'élément reflète les exigences de l'enveloppe de charge qui lui est appliquée.

En remplaçant les moules conventionnels par un système flexible composé principalement de feuilles de tissu à faible coût, le coffrage flexible tire parti de la fluidité du béton pour créer des formes de bâtiment hautement optimisées et intéressantes sur le plan architectural. Des économies de matériaux importantes peuvent être réalisées. La section optimisée offre une capacité limite ultime tout en réduisant le carbone incorporé , améliorant ainsi les performances du cycle de vie de l'ensemble de la structure.

Le contrôle de la section transversale de la poutre formée de manière flexible est essentiel pour obtenir une conception à faible consommation de matériaux. L'hypothèse de base est qu'une feuille de tissu perméable flexible est maintenue dans un système de coffrage avant l'ajout de renforts et de béton. En faisant varier la géométrie du moule en tissu en fonction de la distance le long de la poutre, la forme optimisée est créée. Le coffrage flexible a donc le potentiel de faciliter le changement de philosophie de conception et de construction qui sera nécessaire pour évoluer vers une industrie de la construction moins intensive en matériaux et plus durable.

Le coffrage textile est une petite niche dans la technologie du béton. Il utilise des matériaux souples et flexibles comme coffrage contre le béton frais, généralement avec une sorte de matériau textile ou plastique à forte tension. La Société internationale de formage de tissus mène des recherches sur le coffrage textile.

Un modèle de l'usine russe NPO-22 (marque déposée Proster , avec le modèle 21 conçu pour servir de coffrage) utilise des « tôles » en fer (avec des perforations) qui, si nécessaire, peuvent être pliées pour former une courbe. Le coffrage à base de tôle avec des rails en forme de V conserve sa forme dans une direction (verticalement) mais, avant d'être renforcé par des poutres en acier, il peut être plié. Plusieurs tôles peuvent être fixées ensemble de la même manière que les clôtures en « tôles » en fer peuvent l'être.

• Un cercle peut être réalisé à partir d'une seule feuille de coffrage « 21 », permettant de couler des colonnes cylindriques.

Pour les coffrages amovibles, une fois que le béton a été coulé dans le coffrage et qu'il a durci (ou durci ), le coffrage est démoulé ou décoffré pour exposer le béton fini. Le temps entre le coulage et le décoffrage dépend des spécifications du chantier, qui incluent le durcissement requis, et si le coffrage supporte un poids quelconque ; il est généralement d'au moins 24 heures après la fin du coulage. Par exemple, le Département des transports de Californie exige que les coffrages soient en place pendant 1 à 7 jours après le coulage, tandis que le Département des transports de l'État de Washington exige que les coffrages restent en place pendant 3 jours avec une couverture humide à l'extérieur.

Des accidents spectaculaires se sont produits lorsque les coffrages ont été retirés trop tôt ou qu'ils n'étaient pas suffisamment conçus pour supporter la charge imposée par le poids du béton non durci. Les « éclatements de coffrage » se produisent également lorsque des coffrages mal conçus se plient ou se cassent pendant le coulage du béton (en particulier s'ils sont remplis avec une pompe à béton haute pression ). Les conséquences peuvent aller de fuites mineures, facilement colmatées pendant le coulage, à une défaillance catastrophique du coffrage, voire à la mort.

Le béton exerce moins de pression sur les coffrages à mesure qu'il durcit. Le durcissement est un processus asymptotique , ce qui signifie que la majeure partie de la résistance finale sera atteinte après une courte période, avec un durcissement supplémentaire au fil du temps reflétant le type de ciment, les adjuvants et les conditions de coulage telles que la température et l'humidité ambiante.

Le béton humide exerce également une pression hydrostatique sur le coffrage. La pression au bas du coffrage est donc plus importante qu'au sommet, ce qui fait que la plupart des éruptions se produisent dans la partie basse du coffrage. Dans l'illustration du coffrage de colonne ci-dessus, les « pinces de colonne » sont plus rapprochées en bas. Notez que la colonne est renforcée par des « étais de coffrage » réglables en acier et utilise des « boulons traversants » de 20 mm pour soutenir davantage le côté long de la colonne.

Certains modèles de « coffrages perdus » peuvent également servir de renfort supplémentaire à la structure.

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  La structure en béton du Théâtre National Royal donne l'impression d'un coffrage en bois
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  Coffrage en béton plastique pour mur transversal
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  Tunnel de charbon construit à l'aide de coffrages en béton en aluminium à main levée
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  Construction d'une piscine en béton avec des coffrages en aluminium
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  Coffrage de soffite pour une volée d'escalier en béton
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  Coffrage d'escalier montrant l'utilisation de raidisseurs pour soutenir les volets de la contremarche
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  Croquis montrant l'utilisation d'étais en bois pour les coffrages de poutres
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  Construction d'un silo à charbon à l'aide d'un coffrage en béton arrondi
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  Des lisses doubles en acier et des boulons d'ancrage sont utilisés pour fixer les coffrages muraux
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  Colonne coulée à l'aide d'un conduit en spirale
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  Dalle de béton coulée sur acier galvanisé laminé avec le coffrage comme partie permanente de la structure
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  Construction de clôture en béton utilisant des coffrages en aluminium pour donner une impression de pierre de taille au produit fini
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  Construction de logements en béton au Venezuela à l'aide de coffrages en aluminium
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  Construction en béton au Brésil à l'aide de coffrages en aluminium à montage manuel
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  Construction en béton dans le métro de Moscou à l'aide de coffrages spéciaux en aluminium
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  Système de coffrage technique dans le métro de Moscou
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  Système de coffrage technique dans le métro de Moscou
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  Construction de piscine avec coffrage souple « Proster 21 » .