Consolidation du plancher
La société Ouverture Murs Porteurs Trémies (OMPT) met son expertise du bâtiment à votre service
Ouverture de mur-porteur, consolidation de plancher, renforcement par structure métallique, installation de trémies ou création de verrières ; telles sont les différentes spécialités de la société OMPT. Ces gros travaux d’aménagement doivent impérativement être effectués par des professionnels agréés, après une étude de faisabilité opérée par le Bureau d’Études Techniques (BET), en application des dispositions légales en matière d’urbanisme. Quelques explications sur nos méthodes de travail.
COMMENT RENFORCER UN PLANCHER ?
Plusieurs raisons peuvent imposer de devoir renforcer un plancher. La nécessité peut venir de l’entreposage de trop lourdes charges, d’usure des armatures du fait de la rouille ou d’un incendie, ou pour corriger les conséquences de calculs erronés au moment de la conception, d’une mauvaise détermination des enrobages pendant l’exécution ou d’une piètre qualité du béton utilisé. Le creusement de trémies au niveau des murs porteurs rend également indispensable de renforcer le plancher en béton armé avec de l’acier, gage de solidité et de durabilité.
Différentes techniques de consolidation de plancher sont utilisables en fonction de la configuration des lieux et de la nature des matériaux. Le système de moisage en est une : cela consiste à rassembler des poutres en bois ou des pièces en béton permettant de la renforcer et de l’arrimer s’il y a une trémie. Une autre méthode consiste également à encaisser les profilés compacts par engraissage. Un dernier procédé appelé « l’Hermite » consiste à utiliser une poutre connectée en guise de renfort et des plaques en tôle collées, à l’image de ce qui se pratique pour consolider un pont. Si cette technique présente d’excellentes caractéristiques de solidité, elle n’est pas idéale en cas d’incendie, car la résistance de la colle au feu n’est pas optimale.
Le renfort du plancher en bois ou en béton n’est pas une bonne solution dans le cas d’une surface trop dégradée. Il vaut mieux, dans ce cas consolider l’ensemble de l’ouvrage poutre après poutre. Sur la base de l’existant, il faut traiter les parties métalliques du béton armé pour leur ôter toute trace de corrosion et leur appliquer un traitement anti-rouille. Il convient ensuite d’y adjoindre des poutres faites d’acier venant renforcer l’existant.
Ce mélange de béton et d’acier offre un double avantage sur le plan économique et statique. Les connecteurs reliant la structure en acier et la dalle en béton permet en effet de réduire le coût d’installation et de garantir leur liaison mécanique pour plus de résistance et moins de déformations.
COMMENT FABRIQUER LES PLANCHERS EN ACIER ?
Avec du béton : essentiellement un béton structurel de type C 25 ou C 30 au minimum, d’une épaisseur supérieure à 5 cm au niveau du bac acier, en veillant à ne jamais traverser la dalle. Un béton plus léger peut être alternativement utilisé. Il faut penser à y insérer un treillis soudé ou une armature.
Avec un pistolet cloueur : le pistolet sert à fixer les clous de norme SPIT P 560. Ce sont des clous hautement résistants qui sont vendus avec le connecteur et qui vont fixer le bac en acier sur la poutre. Le pistolet cloueur est la garantie d’un parfait arrimage. Ce système de fixation est rapide et sûr. Attention aux matériaux en plâtre dont la fragilité risque d’être mise à place par les vibrations du clou au moment de son introduction.
Avec un treillis soudé : il s’agit d’une armature destinée au béton armé, faite de barres croisées et soudées, coupées à la même dimension que la dalle. C’est la référence ST 20 qui est généralement utilisée et qui est placée à mi-hauteur des connecteurs, sans qu’il soit nécessaire de les relier.
Avec de la tôle ondulée : le, ou les bacs en acier, d’une épaisseur totale inférieure à 2 mm, sont donc solidement attaché à la poutre, ce qui va permettre de fixer le connecteur. Le type de bac recommandé est le Cofraplus 60 dont la hauteur d’onde est de 55 à 60 mm. Il doit faire corps avec la poutre afin que les connecteurs puissent fonctionner.
Avec des connecteurs : deux types de connecteurs sont possibles : d’une part, le CTF à ergot fait d’acier galvanisé, embouti à froid sur une plaque d’ancrage et fixé à l’aide de deux clous ; il est surtout utilisé pour des planchers qui n’ont pas besoin de renfort particulier. D’autre part, le diapason qui est en tôle galvanisée, épais de 3 mm, en forme de U, avec deux ailes dont l’inclinaison permet un fort ancrage dans le béton. 4 clous en acier hautement résistants, permettent de fixer la base à la poutre métallique et garantissent d’excellentes performances mécaniques.
Avec des profils en acier : des poutres métalliques type S 235, S 275 ou S 355. Elles sont soit galvanisées à haute température, soit peintes. Les clous sont implantés sur l’acier ou sur la semelle du profilé. Il faut veiller à ce que l’épaisseur soit supérieure à 8 mm.
COMMENT FIXER UN PLANCHER ?
Étayer le plancher
Une fois le béton coulé, il met 28 jours à sécher. C’est durant cette période qu’il faut veiller à étayer le plancher, afin d’optimiser son efficacité visant à supporter des charges sans risque d’affaissement. Dans le cas où le plancher n’est pas aisément accessible, il est nécessaire de prévoir des tirants pour le suspendre.
Connecter la dalle à l’espace mural
La dalle doit être impérativement accrochée aux murs porteurs depuis chaque côté du plancher. Celui-ci sera ainsi davantage rigide et offrira une résistance aux tremblements de terre. Selon le type du mur, l’intervention se fera de manière différenciée.
Consolider un plancher métallique existant
Les planchers existants sont souvent composés de poutres métalliques de type IAO posées sur la partie murale des fondations, dans lesquelles s’interposent des éléments en brique creuse ou pleine. Au moment de la conception, la surface du plancher était nivelée par une couche de remplissage, servant ainsi de support pour revêtement de sol. Les normes sismiques qui ont été édictées depuis imposent de renforcer ce type de plancher existant.
Fixer les connecteurs
Il est déconseillé de souder les éléments en acier des poutrelles métalliques à cause de leur composition chimique, mais également parce qu’il peut s’y trouver accolé de la poussière, de la rouille ou du mortier. Il est donc plutôt recommandé de fixer les connecteurs à froid afin que les clous s’enfoncent directement dans le métal. Cette opération est de plus facile à mettre en application.
Positionner les connecteurs
Il est nécessaire d’en placer environ 4 par m², proches les uns des autres du côté mural et plus espacés au milieu de la poutre. Attention à ne pas les positionner dans les zones de raboutage bien entendu.
Interposer un isolant
Poser un isolant en tant qu’élément de structure est utile afin d’accroître la section de la poutre constituée d’acier et de béton sans provoquer de charge incidente sur le plancher. Il s’agit de panneaux fait de matériaux rigides procurant divers avantages : de la résistance à la double isolation thermique et acoustique.
QUELS SONT LES COMPOSANTS D’UN PLANCHER EXISTANT ?
Des poutres métalliques : de type IAO ou NP, ce ne sont pas des poutres à géométrie normalisée. Leur composition empêche toute possibilité de soudure. Leurs contraintes se situaient dans une fourchette de 900 à 1.200 kg/cm².
Du béton : le béton utilisé est de classe C 25 ou C 30, d’une épaisseur supérieure à 5 cm. Le béton léger structurel est privilégié quand il s’agit de diminuer la pression de la dalle consolidée, tout en lui conservant ses facultés de résistance mécanique. Son usage est particulièrement recommandé dans les zones à fort risque sismique.
Du hourdis : il s’agit d’une couche de mise à niveau en béton ou en plâtre qui repose sur des composants préfabriqués. Le remplissage était, aux origines, composé de matériaux en vrac, mais il est désormais constitué d’argile ou de polystyrène. Les briques peuvent également servir de coffrage lors de la phase de coulage du béton si leur état s’y prête. A défaut, il vaut mieux se servir d’un bac.
Du treillis soudé et des connecteurs tels que décrits ci-dessus.
Les planchers en bois
Une différence doit être faite entre les planchers en bois déjà présent et les nouveaux à poser.
Les planchers en bois existants ont la plupart du temps besoin d’être consolidés et raidis parce qu’au moment de leur conception, il n’était pas prévu de les faire supporter de lourdes charges. On trouve d’ailleurs fréquemment des exemples de planchers déformés dans les vieilles constructions. On note également très souvent des vibrations qui se manifestent de manière excessive sous le poids des pas. Plutôt que de remplacer les planches dans ce cas de figure, il est préférable de faire usage de béton collaborant. Cela permet donc de renforcer le plancher, tout en le gardant tel quel, sans que cela ne se remarque au niveau de la hauteur de la structure.
Afin de pouvoir rivaliser avec des planchers en béton en termes de résistance et de rigidité, les planchers en bois récents doivent être constitués de poutres à section élevée. Un mélange de section bois et béton est une bonne alternative car cela permet de réduire l’épaisseur globale.
Dans tous les cas, il est envisageable d’augmenter le niveau de résistance et de rigidité des vieux planchers de bois en superposant une mince dalle en béton à la structure existante. Ce béton armé et connecté est alors coulé directement à l’endroit de la structure. Cette opération est également applicable aux planchers neufs permettant ainsi d’utiliser des poutres présentant une section très inférieure.
Ce procédé de mélange bois-béton est aussi utilisé pour fabriquer des couvertures qui peuvent être soit plates, soit inclinées. Dans le cadre d’une réfection d’un ancien plancher en bois déjà présent, la conséquence positive est double puisque cette rénovation va accroître sensiblement la possibilité de supporter une charge importante et parce que les connecteurs vont permettre de diminuer la section de la poutre de bois dans de fortes proportions, tout en lui conservant sa capacité portante.
Il est indispensable de veiller à interposer les connecteurs entre la dalle bétonnée et les poutres en bois. C’est de cette façon que les matériaux pourront collaborer de concert. Cela permet la création d’une structure solidaire dans laquelle chaque matériau remplit une fonction bien précise : Dès qu’une charge verticale se manifeste, le béton va agir en compression et le bois va agir en traction. Cette structure mixte faite de bois et de béton est recommandée par rapport à une simple structure en bois, pour ses qualités importantes de rigidité et de résistance.
En plus de ces propriétés, des avantages non négligeables s’y ajoutent : les vibrations sont étouffées, l’isolation thermique s’en trouve renforcée, de même que l’inertie thermique. Bien entendu la première amélioration se situe au niveau de la capacité de charge qui se trouve nettement améliorée ? Cet assemblage composite présente l’avantage d’être moins haut que les structures et offre des propriétés de rigidité importante et d’une bonne résistance aux flammes en cas d’incendie.
Les planchers en briques et en béton
Les planchers composés de briques et de béton sont ceux qui ont été fabriqués en Italie au début du siècle dernier. Les réglementations et les normes des constructions neuves actuelles les rend peu adaptés désormais. L’une des raisons essentielles tient en leur fabrication : le béton utilisé y est insuffisant, ou de mauvaise qualité le rendant peu résistant ou les armatures métalliques n’ont pas été installées en nombre suffisant pour garantir la solidité de l’ouvrage. D’autres cas de malfaçon ou de mauvaise conception ont également été répertoriés.
Dans les constructions dans lesquelles ces planchers en briques et béton ont été installés, il est nécessaire de réaliser des travaux de consolidation. Parce qu’en leur état d’origine, ils présentent des lacunes au niveau de la résistance à une charge importante et ils ne répondent pas aux normes sismiques exigeant la présence d’une dalle de béton armé pour distribuer les charges en cas de tremblement de terre.
Il faut donc réaliser une autre dalle en béton qui sera connectée au plancher existant. Cette solution complémentaire est la moins onéreuse pour un résultat très satisfaisant. L’opération sera d’autant plus couronnée de succès, que la liaison entre les deux parties du plancher permet la réalisation d’une section avec une parfaite interaction.
Quelles sont les étapes à suivre ?
La première démarche avant toute intervention est d’évaluer l’état de la structure : est-elle bien conservée et les poutres ont-elles conservées leurs propriétés mécaniques ? Ces constatations peuvent être faites grâce à l’aide d’un géomètre afin de tester la résistance du béton et d’identifier la quantité et la qualité de l’armature du solivage présent.
S’il est compliqué de vérifier au préalable si la rugosité de la surface qu’il faut relier apporte suffisamment de résistance, il convient alors de fixer un connecteur. Parce qu’effectivement, s’il y a glissement entre les composantes de la structure, la capacité portante en sera réduite et le risque de déformation en sera accru.
Une façon de réduire la propension naturelle au glissement est de couler du béton en deux temps bien différents. Cette conséquence ne suffit pas néanmoins pour permettre une pleine collaboration de l’ensemble. D’où l’importance de positionner un connecteur qui permettra de constater le niveau de cohésion des matériaux.
Il existe 4 classifications de surface en termes de rugosité. La très lisse dans le cas d’une coulée sur un coffrage lisse ; la lisse qui est la plus fréquente, pour une chape de béton avec une surface vibrée ; la rugueuse artificiellement obtenue par des procédés mécaniques ; et la dentée qui est préparée, puis coulée à l’aide d’éléments profilés à cet effet. Pour tout ce qui est brique apparente ou lissage friable, il faut considérer que la contribution est nulle sur le plan sécuritaire.
Par ailleurs, les propriétés relatives à la résistance et à la déformation de la liaison ont une incidence sur la façon dont l’élément composé va fonctionner. L’importance se situe essentiellement au niveau de la ductilité de cette liaison parce qu’elle permet d’obtenir la meilleure capacité porteuse et de flexion de la composition structurelle. Elle a également une influence sur la répartition uniforme de tous les connecteurs sur toute la longueur de la structure. Celà indique à quel point il est important de connaître comment une liaison se comporte afin de concevoir et d’évaluer correctement la fiabilité statique du plancher avant toute superposition de dalle de renforcement.
La liaison est le plus fréquemment réalisée avec des connecteurs à ergot avec des ancrages aux éléments différentes selon les matériaux ; ceci afin de faciliter la pose.
Des dalles en béton et en fibres
Les techniques nouvelles ont permis de créer des dalles peu épaisses, qui offrent une grande résistance. Elles sont composées de béton renforcé par des fibres. Ce matériau est désormais très souvent utilisé pour réaliser des planchers en béton et briques. Il s’agit du FRC, acronyme anglo saxon pour Fiber Reinforced Concrete. Mélange de ciment à la base et renforcé par différentes fibres, ce matériau est un gage de forte résistance à la compression, ainsi qu’à la traction. Il est de plus ductile et résiste mieux aux cisaillements que le béton classique.
Ces nouveaux matériaux n’étant pas encore classifiés, on n’en connaît pas précisément tous leurs domaines d’application. Ils sont en tous cas d’ores et déjà utilisés pour répondre aux normes sismiques et pour rigidifier des planchers peu épais et à charge contenue.
L’efficacité d’un tel plan rigide sera optimale sous réserve d’avoir un degré de contrainte à l’existant au niveau de la double union poutre et dalle ainsi que dalle et mur. Les concepteurs du FRC conseillent fréquemment d’effectuer au préalable des préparations fastidieuses au niveau de la surface à consolider pour renforcer les dalles en briques et en béton. Ils préconisent par exemple de dépolir le support par abrasion mécanique, puis de la nettoyer et de débuter la consolidation à l’aide d’un primer qu’il faut étaler avec un rouleau. En cas de surface sans lissage par endroits, il est alors indispensable de procéder à la connexion métallique pour ne pas rester dans le doute.
Quels sont les composants ?
Les planchers sans chape : nombreux sont les planchers dénués de chape supérieure. Ce sont des planchers dit creux pour lesquels il faut aménager une dalle de béton collaborant afin que les charges puissent être réparties et que la structure réponde aux exigences des normes sismiques.
Les planchers avec chape : certains planchers sont dotés de chapes relativement peu épaisses ou peu armées. Dans ce type de configuration, il faut prévoir de les renforcer afin de rigidifier l’ensemble du plan et d’accroître la capacité porteuse.
Les planchers à faible capacité de charge : dans le cas des planchers qui se caractérisent par de faibles capacités de charge, il faut pallier une éventuelle augmentation de celles-ci. Il faut alors installer une dalle collaborant afin d’accroître la distance entre les forces internes et d’améliorer la résistance de la section à toute flexion. Plus la hauteur de la section sera augmentée, plus il sera nécessaire d’augmenter la résistance.
Les dimensions des poutrelles existantes
Il faut prendre le temps d’examiner les dimensions des poutrelles déjà présentes. Leur largeur doit impérativement être suffisante pour permettre au connecteur d’être latéralement couvert par un volume suffisant de béton. Cette précaution doit être prise sur l’ensemble de la profondeur d’encastrement du connecteur. La largeur minimale de la poutrelle doit ainsi faire 10 cm ou son épaisseur maximale, 2 cm, si le plancher ne possède pas de dalle existante. Le même impératif d’épaisseur est requis en cas d’existence d’une dalle au plancher, mais sa largeur doit mesurer au moins 8 cm. Si les planchers existants ont des poutrelles de moindre dimension, il n’est pas possible d’y installer le moindre connecteur. Le type de poutrelles préfabriquées permet aisément de savoir dans quel cas on se situe. Si le plancher est composé d’éléments Bausta, il n’y a aucun problème pour y fixer un connecteur ; par contre pour les planchers Varese ou Sap qui sont de petite dimension, il en est tout autre.
La nature des poutrelles existantes
Pour les poutrelles en béton existantes, il faut en tester la résistance à la compression. Celle-ci doit donner des valeurs supérieures ou égales à Rck 20 Mpa. C’est de cela que dépendent la résistance du connecteur, son cisaillement et les contrôles de flexion. S’il y a carbonatation du béton, puis oxydation de l’acier il est alors impossible de positionner des connecteurs.
L’armature des poutrelles existantes
Il faut tester la résistance des barres d’acier inférieures des planchers à renforcé existants. Pour le faire, il convient de noter leur caractéristiques en terme de diamètre, de type d’acier et de nombre. Des essais effectués en laboratoire spécialisé permettent de contrôler la capacité de l’acier à résister jusqu’à rupture.
Quels connecteurs utiliser ?
Différents connecteurs sont disponibles, qu’il faut sélectionner en fonction de la configuration des planchers et de leur utilisation. Par exemple, pour un plancher qui doit supporter de lourdes charges, c’est un connecteur CTEM qui doit être utilisé. Celui-ci est doté d’une plaque à la base qui s’arrime sur la dalle existante, délivrant ainsi les propriétés mécaniques les plus optimales.
Dans le cas d’applications moins lourdes, le connecteur VCEM peut convenir. Il est muni d’une seule vis dotée d’une partie filetée pour bien s’insérer dans le béton.
Enfin, le connecteur CTC MINI est utilisé dans les liaisons de plusieurs couches de béton à haute performance, très peu épaisses afin de réaliser des dalles collaborantes d’une épaisseur de 20 mm à minima.
Quel type de béton utiliser ?
Le plus fréquemment, c’est le béton structurel de classe C 25/ C 30 au minimum, avec une épaisseur supérieure à 4 cm, qui est utilisé. Il faut surtout veiller à ne jamais dépasser le niveau de la dalle collaborant et bien s’assurer à correctement humidifier le plancher avant l’étape de coulage du béton.
Le béton léger structurel est recommandé pour réduire la charge de la dalle renforcée, tout en conservant sa propriété de résistance mécanique optimale. C’est le type de matériau qui est utilisé dans les nouvelles constructions répondant ainsi aux normes prévues dans toute zone à risque sismique important.
L’épaisseur globale de la dalle renforcée doit être supérieure à 1/25 de sa longueur. Ceci est une règle de base. Il faut réaliser un calcul simple pour déterminer le nombre de connecteurs à fixer. Ceux-ci doivent être positionnés de manière rapprochée au niveau des murs et plus espacés au fur et à mesure vers le milieu de la poutre.
Il faut bien étayer les planchers avant de couler le béton. S’il n’est pas possible d’accéder aux espaces qui sont en-dessous, il convient alors d’user de triants pour suspendre le plancher.
Le béton renforcé avec de la fibre est quant à lui, utilisé pour contenir l’épaisseur de l’intervention dans une fourchette de 20 à 30 mm et afin de diminuer les charges.
S’il y a des dalles de répartition qui ne sont pas reliées aux murs, ou encore s’il n’y a pas de dalle du tout, il faut soit les lier aux murs, soit fixer des barres avec de la résine.
Ne pas oublier d’ajouter un treillis soudé à mi-hauteur de la dalle. Ce treillis ne doit pas forcément être lié à la dalle avec des connecteurs.
Il est enfin important de prévoir la pose d’un panneau isolant aux différentes propriétés de rigidité, de consolidation, de résistance, et d’isolation thermique et acoustique.
Le problème de la rupture de briques
Certains planchers sensibles à des inflexions importantes peuvent se plier au point que la plaque inférieure et le bloc du plancher creux s’affaissent. Il convient dans ce cas, de renforcer le plancher en conséquence, puis de fixer des connecteurs avec la nouvelle dalle pour éviter une réédition de ce problème de rupture au niveau des briques.
Si le plancher ne peut pas être renforcé à cause de sa sous-dimension par exemple, il faut y insérer des poutres métalliques à l’intérieur. Différentes solutions sont envisageables, de la démolition pure et simple à la réfection à l’aide de fibres de carbone. Les poutres d’acier sont alors positionnées en remplacement de rangées de plancher creux. Puis la poutre est connectée à une dalle collaborant par un type CTF et enfin correctement armée à l’aide d’un treillis soudé.
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