optimisation de l`etaiement optimisation de l`etaiement des planchers

Transcription

Rapport de Projet de Fin d’Etudes
d’Etudes :
« OPTIMISATION DE L’ETAIEMENT
DES PLANCHERS »
Auteur : ABIS Antoine
INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil, Option Construction
Tuteur Entreprise : DUMETZ Jean-Marie
Chef de Service « Méthodes », BOUYGUES Bâtiment IDF Ouvrages Publics
Tuteur INSA Strasbourg : FAVIER Gilles
Professeur intervenant INSA Strasbourg
JUIN 2008
Remerciements
Je remercie M. Jean-Louis Pradier, directeur technique d’Ouvrages Publics, d’avoir
bien voulu m’intégrer dans son équipe.
Au sein de mon service d’accueil que sont les « Méthodes », mes pensées se dirigent
tout particulièrement vers mon tuteur, M. Jean-Marie Dumetz, qui a toujours été disponible
pour me conseiller et me guider. Je lui suis reconnaissant de m’avoir accordé sa confiance et
de m’avoir laissé une grande autonomie dans mon travail.
Je tiens à adresser mes sincères remerciements à l’équipe des méthodes :
Mme Mallory LIMA,
M. Norbert Le Hartel,
M. Dominique Vacant,
M. Frédéric Louis,
M. Cédric Maltaverne,
qui ont toujours répondu à mes questions avec la plus grande attention et qui ont su m’intégrer
d’une manière chaleureuse. J’ai pu apprécier au cours de ces quatre mois leur
professionnalisme. Ils m’ont fait découvrir et apprécier une profession très intéressante.
Je remercie M. Hervé Brichard et M. Youssef Chibuba du service Structure pour leurs
conseils et leur disponibilité.
Je remercie dans le même élan les collaborateurs de la direction technique, qui par leur
sympathie, leur enthousiasme et leur travail, ont permis le bon déroulement de ce stage et
mon intégration dans l’entreprise.
Je tiens à remercier Mme Angélique GRASSY pour son soutien tout au long de mon
projet.
Aussi, je remercie M. Patrick Chambon, M. Wilfried El Jalti pour leur aide et leur
professionnalisme dans le groupe de travail dont mon projet faisait parti.
De plus, je voudrais remercier mon tuteur école, M. Gilles FAVIER, pour le support
qu’il a pu m’apporter, pour le suivi soutenu qu’il a exercé pendant mon étude et les nombreux
conseils qui ont fait avancé mon étude.
De plus, je voudrais remercier M. Pierre-Ernest Gisselbrecht, M. Jonathan Wendling
et M. El Allali Mohammed pour leur aide et coopération tout au long de mon étude.
Optimisation de l’étaiement des planchers
Résumé
Intégré au sein du service « Méthodes » de Bouygues Ouvrages Publics, j’ai étudié
pendant quatre mois et demi l’optimisation de l’étaiement des planchers réalisés à partir
d’éléments préfabriqués en béton.
Mon sujet comporte trois objectifs majeurs :
• Optimiser l’étaiement des planchers afin de réduire les temps unitaires de mise en
œuvre de plancher et d’uniformiser celle-ci
• Réduire les coûts de mise en œuvre de planchers
• Faire une étude comparative au niveau technique et financier de plusieurs solutions
optimisées d’étaiement afin de vérifier leur viabilité
Une première approche sur la base de la documentation disponible conduit à comprendre
quels sont les matériels et la solution d’étaiement utilisés par l’entreprise et à cerner plus
précisément le cadre de mon étude.
L’analyse combinée des matériels et des éléments préfabriqués pour planchers débouche sur
plusieurs solutions optimisées d’étaiement dont il faut déterminer la viabilité. L’optimisation
de l’étaiement repose sur l’utilisation des porteurs (poutres en béton armé) comme appui de
rive, remplaçant l’étaiement de rive. Cela permet de réduire de façon importante la quantité de
matériels et les temps de pose.
Les impacts de cette optimisation sur le matériel, les matériaux et sur la main d’œuvre ont été
étudiés. Une étude a notamment été menée sur les éléments porteurs que sont les poutres en
béton armée afin de déterminer la surconsommation d’acier et de béton. Cette
surconsommation est due aux charges provisoires plus importantes dans le cas où les porteurs
servent d’appui.
Les résultats montrent des temps unitaires de planchers réduits, des gains financiers potentiels
ainsi que des avantages liés à la forte réduction de matériel.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
3 / 84
Abstract
During this last four months, I completed a work of end of studies on the floor shoring
optimization. I was integrated within the service of the methods of Bouygues Ouvrages
Publics.
My subject comprises three major objectives:
• Optimize the floor shoring methods in order to reduce equipment and cost of construction
• Reduce floor construction costs
• Carry out a technical and financial comparison of different shoring solutions
At first, I made researches based on the documentation available. From this, I could index the
ready-made shoring methods used by the company and encircle more precisely the subject
and the devices existing.
The equipment and prefabricated units analysis lead to create new relevant floor shoring.
Shoring optimization is based on the use of concrete beam as a border support. This use can
highly reduce the equipment quantity.
The different shoring solutions have impacts on equipment, materials and labor. A study on
concrete beam shows the impacts on steel ratio. Indeed, more steel is needed when the
concrete beam is used as a border support.
Results show potential benefits and advantages linked to equipment quantity decrease.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
4 / 84
Sommaire
Introduction
1.
Présentation de l’entreprise ................................................................................................ 8
1.1.
Le groupe BOUYGUES............................................................................................. 8
1.2.
BOUYGUES Bâtiment Île-de-France ........................................................................ 9
1.3.
BOUYGUES Ouvrages Publics (OPB).................................................................... 10
1.4.
Le service « Méthodes »........................................................................................... 11
2. Présentation des différents modes constructifs de planchers : ......................................... 13
2.1.
Le plancher dalle pleine coulé en place sur coffrages traditionnels......................... 13
2.2.
Plancher prédalle ...................................................................................................... 15
2.3.
Les planchers confectionnés à partir de Dalles Alvéolées en béton Précontraint :
DAP 18
2.4.
Les planchers nervurés à poutrelles préfabriquées associées à du béton coulé en
œuvre 19
3. Présentation des modes opératoires de planchers ............................................................ 22
4. Présentation du matériel d’étaiement disponible à la location ......................................... 23
4.1.
Les étais simples avec trépieds : .............................................................................. 23
4.2.
Les tours d’étaiement ............................................................................................... 24
4.3.
Les poutrelles préfabriquées pour l’étaiement ......................................................... 27
5. Nécessité d’étudier l’optimisation de l’étaiement ............................................................ 29
5.1.
Optimisation de l’étaiement ..................................................................................... 29
5.2.
Présentation des outils mis en place / à disposition permettant l’optimisation et la
comparaison ......................................................................................................................... 32
6. Impacts d’une solution d’étaiement optimisée sur les matériaux .................................... 33
6.1.
L’étaiement des prédalles......................................................................................... 33
6.1.1.
Évaluation des charges ..................................................................................... 33
6.1.2.
Le matériel utilisé – Critères de résistance à prendre en compte ..................... 36
6.1.3.
Méthode de calcul pour l’étaiement des prédalles ........................................... 37
6.1.4.
Contreventement de l’étaiement....................................................................... 49
6.2.
Disposition d’appui des prédalles ............................................................................ 50
6.2.1.
Le principe de calcul ........................................................................................ 50
6.2.2.
Tolérances d’exécution .................................................................................... 54
6.2.3.
Tolérance sur la longueur des prédalles ........................................................... 54
6.3.
Étude des éléments porteurs..................................................................................... 56
6.3.1.
Le cadre trapézoïdal ......................................................................................... 56
6.3.2.
Le double cadre ................................................................................................ 57
6.3.3. La solution traditionnelle ....................................................................................... 57
6.3.3.
Impact financier des différentes solutions de poutres ...................................... 58
7. Impacts d’une solution d’étaiement optimisée sur la main d’oeuvre............................... 61
7.1.
La chrono-analyse .................................................................................................... 61
7.1.1.
Les différents temps utilisés............................................................................. 61
7.1.2. Méthodes d’observations........................................................................................ 62
7.2. Utilisation des temps élémentaires - Détermination des temps unitaires...................... 62
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
5 / 84
8.
Chiffrage des différentes solutions................................................................................... 64
8.1.
Méthode de chiffrage de location du matériel.......................................................... 64
8.2.
Chiffrage des matériaux ........................................................................................... 64
8.3.
Chiffrage de la main d’œuvre................................................................................... 64
8.4.
Développement d’un outil informatique .................................................................. 65
9. Application de l’outil de comparaison financière des solutions ...................................... 66
9.1.
1ère étude : Le parking type....................................................................................... 66
9.2.
2ème étude : Les bureaux / commerce type 1. ........................................................... 77
9.3.
3ème étude : Les bureaux / Commerces type 2. ......................................................... 80
9.4.
Conclusion sur l’étude des trames « type » de parking et bureaux. ......................... 81
Conclusion
ANNEXES
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
6 / 84
Introduction
La mise en œuvre des planchers dans le bâtiment nécessite la mise en place d’un système
d’étaiement. Cet étaiement, propre au mode constructif choisi par l’entreprise, nécessite une
conception nouvelle pour chaque chantier, guidée par les textes réglementaires.
L’entreprise BOUYGUES Bâtiment Île-de-France Ouvrages Publics a émis le besoin
d’étudier l’optimisation de l’étaiement des planchers confectionnés à partir d’éléments
préfabriqués en béton armé et précontraint. En effet, des chrono-analyses effectuées ont
montré une perte importante de temps de mise en œuvre de plancher sur des chantiers récents.
Ces pertes de temps ont été identifiées et l’étaiement des planchers est ciblé. Les deux
principaux soucis constatés sont l’utilisation trop rare du ripage de tours (matériel insuffisant,
encombrements) et les problèmes de mise en place de prédalles. En effet, les torons
dépassants ainsi que les aciers en attente des porteurs sont gênants à la pose si on ne prend pas
en compte les tolérances cumulées de fabrication et d’exécution.
J’ai donc été missionné au sein de BOUYGUES Ouvrages Publics afin d’étudier
l’optimisation de l’étaiement dans le but premier de réduire les temps unitaires de mise en
œuvre de planchers. Le deuxième but est de réduire les coûts de plancher et d’uniformiser la
mise en œuvre des planchers au sein de l’entreprise.
Cette entité de BOUYGUES Construction intervient sur le marché francilien des équipements
publics (crèches, écoles, collèges, lycées, médiathèques, stades, gymnases, commissariats,
musées) aussi bien en construction neuve qu’en rénovation. Les planchers sont donc pour la
plupart d’une hauteur supérieure à 3 m et l’utilisation de prédalles et dalles alvéolaires
précontraintes est très courante. C’est donc l’étaiement de ces deux modes constructifs de
planchers que nous allons étudier.
Une première analyse combinée des matériels et des éléments préfabriqués pour
planchers débouche sur plusieurs solutions optimisées d’étaiement dont il faut déterminer la
viabilité.
L’optimisation de l’étaiement repose sur l’utilisation des porteurs (poutres en béton armé)
comme appui de rive, remplaçant l’étaiement de rive. Cela permet de réduire de façon
importante la quantité de matériels et les temps de pose.
Les impacts de cette optimisation sur le matériel, les matériaux et sur la main d’œuvre ont été
étudiés. Une étude a notamment été menée sur les éléments porteurs que sont les poutres en
béton armé afin de déterminer la surconsommation d’acier et de béton. Cette
surconsommation est due aux charges provisoires plus importantes dans le cas où les porteurs
servent d’appui et au dispositif de ferraillage spécifique.
Enfin, l’étude de ces impacts sur plusieurs trames « type » de bâtiments (parking et
bureaux/écoles) va nous permettrent de dégager des résultats concernant les solutions
optimisées d’étaiement.
Les objectifs de l’étude sont donc :
•
•
Optimiser l’étaiement des planchers afin de réduire les temps
unitaires de mise en œuvre de planchers
Réduire les coûts de mise en œuvre de planchers
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
7 / 84
1. Présentation de l’entreprise
1.1. Le groupe BOUYGUES
BOUYGUES a été crée en 1952 par Francis Bouygues.
A l’origine centrées sur le bâtiment et les travaux industriels en Ile de France, les activités de
BOUYGUES se sont étendues, au fil du temps, et se sont diversifiées en direction des travaux
routiers, de l’immobilier, de la préfabrication, des médias et des télécommunications.
Aujourd’hui, BOUYGUES est présent dans 80 pays et a réalisé à l’international près de 29%
de son chiffre d’affaire. Avec un peu plus de 137 500 collaborateurs, Bouygues a réalisé en
2007 un chiffre d’affaire de 29.6 milliards d’euros soit une augmentation de 12% par rapport
à l’année 2006.
Fig 1.1.-1 Organigramme simplifié du groupe BOUYGUES
Le groupe BOUYGUES s’organise autour de deux pôles :
Le pôle construction (70% de l’activité) :
- BOUYGUES Construction (Bâtiment et Travaux Publics, Electricité) :
Bouygues Construction est un des leaders mondiaux dans les secteurs du
bâtiment, des travaux publics et de l’électricité/maintenance. Présent sur les
cinq continents, il conjugue la puissance d’un grand groupe et la réactivité d’un
réseau d’entreprise organisé en entités complémentaires : Bouygues Bâtiment
Ile-de-France, Bouygues Entreprise France-Europe, Bouygues Bâtiment
International, Bouygues Travaux Publics, VSL, DTP Terrassement, Pole
Concessions, ETDE.
Avec 49 800 collaborateurs, Bouygues Construction a réalisé en 2007 un
chiffre d'affaires de 8.3 milliards d'euros. 45% de son chiffre d’affaire provient
de ses activités en France.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
8 / 84
-
BOUYGUES Immobilier :
Bouygues Immobilier est le leader de la promotion immobilière en France. A
travers ses 23 agences en France et ses 7 implantations à l’étranger, Bouygues
Immobilier développe des projets de logements, d’immeubles de bureaux et de
parcs commerciaux.
Chiffre d’affaire 2007 : 2.1 milliards d’euros.
-
COLAS :
Colas est le leader mondial de la construction et de l'entretien d'infrastructures
de transport, d'aménagements urbains et de loisirs. N°1 mondial de la route, il
est implanté dans une quarantaine de pays sur les 5 continents, comprend 53
500 collaborateurs et réalise chaque année plus de 90 000 chantiers dans le
monde. Son chiffre d’affaire 2007 est de 11.6 milliards d’euros.
Le pôle Télécommunications et Médias :
Les Télécoms-Médias emploient plus de 11 400 collaborateurs et ont réalisé un chiffre
d'affaires de 7 500 millions d'euros en 2007.
1.2. BOUYGUES Bâtiment Île-de-France
Fig 1.2.-1 Organisation du groupe BOUYGUES Bâtiment IDF au sein de BOUYGUES
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
9 / 84
Bouygues Bâtiment Ile de France est la filiale francilienne de Bouygues Construction. Elle est
composée de six unités opérationnelles qui participent à l’aménagement du cadre de vie
suivant leur spécialité :
•
•
•
•
•
•
Construction Privée
Rénovation Privée
Habitat Résidentiel
Habitat Social
Brézillon (génie civil industriel, environnement et réhabilitation)
Ouvrages Publics
Bouygues Bâtiment Ile-de-France est situé en tête sur le marché francilien, avec une part de
marché globale estimée à 10 %. Avec 5000 collaborateurs, Bouygues Bâtiment Ile de France
a réalisé un chiffre d’affaire de 1 556 millions d’euros.
Fig 1.2.-2 Répartition du chiffre d’affaire par entité en 2007 :
1.3. BOUYGUES Ouvrages Publics (OPB)
J’ai effectué mon Projet de Fin d’Etudes au sein de l’entreprise BOUYGUES Bâtiment Île-deFrance Ouvrages Publics.
L’entité Bouygues Ouvrages Publics est née de la fusion en août 2002 de deux filiales de
Bouygues Bâtiment : OLIN-LANCTUIT et OUVRAGES FONCTIONNELS, toutes deux
spécialisées dans les ouvrages fonctionnels pour des clients publics et privés. Ce
rapprochement crée OF EQUIPEMENT, qui se spécialise dans les ouvrages fonctionnels pour
des clients exclusivement publics et dans la rénovation de commerces. En novembre 2003,
cette entité change de dénomination pour devenir BOUYGUES OUVRAGES PUBLICS.
L’unité opérationnelle Ouvrages Publics a réalisé, en 2007, 11% du chiffre d’affaire de
Bouygues Bâtiment Ile de France soit 171 M€.
Cette entité intervient exclusivement sur le marché francilien des équipements publics
(crèches, écoles, collèges, lycées, médiathèques, stades, gymnases, commissariat,
musées) aussi bien en construction neuve qu’en rénovation.
La taille moyenne de ses chantiers est située en 6 et 10 millions d’euros.
Ses compétences et son savoir faire lui permettent aussi bien de réaliser des petits
chantiers que des de grande envergure.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
10 / 84
L’entreprise assure la totalité de son chiffre d’affaires auprès de :
•
•
•
•
L’Etat,
Les collectivités locales et territoriales (régions, départements, communes),
Leurs établissements publics locaux,
Les entreprises publiques.
Bouygues Ouvrages Publics comprend environ 512 collaborateurs dont la moyenne d’âge a
38 ans avec une répartition des collaborateurs comme suit :
Fig 1.3.-1 Répartition des collaborateurs OPB
1.4. Le service « Méthodes »
Les principaux objectifs du service « Méthodes » sont d’optimiser la production et
d’organiser les chantiers en phase gros œuvre.
Les missions confiées à l’ingénieur méthodes sont multiples :
• Réalisation des Plans d’Installations de Chantier
• Détermination des plannings et des cadences. Les plans de cycle doivent permettre de
dimensionner au plus juste les quantités de travail journalier mais aussi de déterminer
le phasage du matériel
• Choix des modes constructifs et mise au point des modes opératoires correspondants
• Conception de nouveaux outils
En dehors de sa mission lors de l’exécution, l’ingénieur méthodes peut intervenir en avant
projet lors de l’appel d’offre.
En effet, les méthodes sont parfois sollicitées pour étudier des opérations en phase « étude »
afin d’anticiper les problèmes éventuels, de définir les modes constructifs et le matériel
nécessaire et d’être plus compétitif en terme de prix auprès du client.
Les méthodes ont avant tout un rôle de conseil et d’aide auprès des services travaux. Leur
approche plus globale et l’aide de l’outil informatique leur permettent de trouver des solutions
les plus adaptées possibles.
Voici l’organigramme du service Méthodes :
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
11 / 84
Quelques chantiers phares :
Stade de France
Musée du quai Branly
Bibliothèque Nationale de France
Grande Arche de la Défense
ABIS Antoine
Maison des Adolescents
Intérieur du musée d’Orsay
PFE / Juin 2008
12 / 84
2. Présentation des différents modes constructifs de planchers :
Avant d’entrer dans la partie développement de mon étude, il me paraît approprié de présenter
les différents planchers, les modes opératoires associés ainsi que le matériel utile à leur mise
en œuvre.
On peut séparer les planchers suivant 4 grandes familles :
- les planchers dalles pleines coulés en place sur coffrages traditionnels,
- les planchers nervurés à poutrelles préfabriquées associées à du béton coulé en œuvre,
- les planchers dalles pleines confectionnés à partir de prédalles préfabriquées et de
béton coulé en œuvre,
- les planchers confectionnés à partir de dalles alvéolées en béton précontraint.
Ces planchers se différencient par leur mise en œuvre, mais aussi par la portée qu’ils peuvent
atteindre et les charges qu’ils peuvent supporter.
2.1. Le plancher dalle pleine coulé en place sur coffrages traditionnels
Le plancher traditionnel est un mode de construction où l’ensemble du coffrage est monté
manuellement.
L’utilisation de ce procédé constructif est limitée à une portée inférieure à 7 m. Au-delà, la
solution faisant appel à la précontrainte est financièrement plus intéressante. Pour l’utilisation
d’étais, nous sommes limités en hauteur par les conditions de sécurité du travail des
compagnons. Au-delà de 3m, nous utiliserons obligatoirement des tours d’étaiement ce qui
alourdit le procédé constructif. Cette valeur correspond à la hauteur de travail considérée
comme non dangereuse en cas de chute.
Ce mode de construction est adapté aux situations suivantes :
•
•
•
•
•
Faible hauteur de plancher (< 3 m) et faibles portées (< 7 m).
Architecture simple ou complexe : procédé flexible et adaptable.
Grue saturée (beaucoup de voiles et d’ouvrages divers) : occupe peu de grue
En rénovation (travailler sans grue)
Peut porter sur quatre appuis ou 4 côtés (moins de ferraillage).
Les planchers traditionnels, de hauteur inférieure à 3m, sont réalisés au moyen d’un outil de
coffrage : DOKAFLEX. Il s’agit d’un système de plaques de contre-plaqués appelé
DOKADUR de dimensions variable (50×150 - 50×200 - 50×250).
A ceux-ci s’ajoute un réseau de poutrelles primaires et secondaires de section en I. Ces
dernières seront posées à la perpendiculaire des primaires. Les poutrelles sont maintenues aux
étais grâce à des fourches pouvant accueillir une ou deux poutrelles simultanément en
fonction de leur position.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
13 / 84
Fig 2.1.-1 Système DOKAFLEX
Le complexe de coffrage doit être soutenu par des étais tubulaires. L’entreprise privilégie un
matériel développé par la base technique appelé CAP 30. Ce dernier permet un décoffrage
rapide grâce à une cartouche d’huile situé aux niveaux des manchons. Il permet de maintenir
des ouvrages jusqu’à 2.75 m, ce qui correspond à la hauteur de plancher maximum pour un
logement.
Fig 2.1.-2 Coffrage plancher traditionnel avec réseau de poutres principales + secondaires
Le mode opératoire du plancher traditionnel est divisé en 4 étapes principales:
1. Le coffrage
2. Le ferraillage
3. Le bétonnage
4. Le décoffrage
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
14 / 84
2.2. Plancher prédalle
La prédalle est un élément de coffrage en béton d’épaisseur minimale de 5cm et de largeur
standard de 2.50m, faisant partie intégrante de l’ouvrage. En intégrant la majorité des aciers
porteurs de la dalle, elle assure la résistance du plancher. Elle est complétée par un bétonnage
sur chantier, ce qui permet d’obtenir un plancher monolithique et homogène.
Elle trouve une utilisation privilégiée dans les constructions à usage de bureaux, les bâtiments
industriels et les parkings.
Fig 2.2.-1 Constitution d’une prédalle
Pendant la construction, les prédalles sont étayées à distances régulières de 1,5 à 3,0 m, en
fonction du type de prédalle. Ces étais restent en place jusqu’au séchage de la dalle
collaborante rapportée. La prédalle peut être déclinée sous différentes versions qu’offre
l’utilisation du béton armé et du béton précontraint.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
15 / 84
Les prédalles en béton armé
La solution béton armé permet une grande liberté quant à la forme des prédalles et la
disposition des armatures. Son utilisation est bien adaptée pour les bâtiments à usage
d’habitation.
L’épaisseur de la prédalle est généralement de 5cm. A ces 5cm, il faut rajouter l’épaisseur de
la chape collaborante rapportée. Par exemple, pour une épaisseur de plancher fini de 20cm, on
fera le montage suivant : une prédalle de 5cm d’épaisseur et une chape rapportée de 15cm. La
portée est conditionnée d’une part par l’épaisseur du montage choisi et d’autre part par la
surcharge appliquée sur le plancher.
Fig 2.2.-2 Epaisseurs des planchers (montage) selon la portée et charges appliquées selon le
fournisseur RECTOR
La solution prédalle en Béton Armé se décline sous 2 formes :
•
•
La prédalle extérieure, préfabriquée par un fabricant extérieur à l’entreprise,
La prédalle foraine, préfabriquée sur chantier, en zone de préfabrication.
Les prédalles en béton précontraint
Lorsque l'épaisseur de la dalle finie n'est pas conditionnée par des critères acoustiques ou de
tenue au feu, elle peut être réduite de façon notable, allégeant ainsi la structure du bâtiment.
Les prédalles précontraintes, qui permettent cette réduction, sont réalisées en béton
précontraint par armatures adhérentes.
Elles sont associées sur chantier à du béton coulé en oeuvre. Un crantage sur la face
supérieure de la prédalle améliore l’adhérence entre la prédalle et le béton coulé en place.
La prédalle précontrainte est particulièrement adaptée aux grandes portées.
Fig 2.2.-3 Schémas de prédalle
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
16 / 84
Fig 2.2.-4 Epaisseurs des planchers (montage) selon la portée et charges appliquées selon le
fournisseur RECTOR
La prédalle précontrainte est obligatoirement fabriquée par un fabricant extérieur. La
préfabrication sur site n’est pas faisable (niveau matériel).
Cas de la pose sans étaiement ou étaiement réduit
Dans le cas de plancher de grande hauteur pour lesquels l’étaiement est difficile et coûteux, la
pose des prédalles peut se faire sans étaiement ou avec un étaiement réduit :
En béton armé, suivant l’épaisseur de la prédalle, les portées maximales sans étai sont de 5 m.
Lorsque les moyens de levage du chantier le permettent, des prédalles épaisses (jusqu'à 12
cm) peuvent être mises en oeuvre. Dans les cas où la légèreté est un facteur important, il est
possible d'utiliser des prédalles de 5 cm d'épaisseur munies de raidisseurs renforcés.
En béton précontraint, les portées maximales sans étai sont de 6 m et l'épaisseur des prédalles
peut varier de 6 à 12 cm.
Fig 2.2.-5 Epaisseurs des prédalles autoportantes selon portée selon le fournisseur RECTOR
On s’aperçoit que l’épaisseur de prédalle augmente rapidement avec la portée.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
17 / 84
Les avantages que présente l’utilisation des prédalles sont multiples :
•
•
•
•
•
•
Elles permettent de s’affranchir de la mise en place d’un coffrage, tâche
particulièrement délicate lorsque l’on a des hauteurs d’étage supérieures à 2,70m,
La manutention se fait par de simples élingues (sans palonnier),
La sécurité en phase provisoire est assurée par des crochets incorporés à la prédalle
qui permettent de fixer les potelets de garde-corps,
Les réservations éventuelles sont directement incorporées à la fabrication,
Très peu d’aciers complémentaires sont à mettre en place sur le chantier,
La sous-face est lisse et peut être directement traitée par peinture.
En revanche, malgré la rapidité d’exécution, il faut traiter hors cycle d’une part les joints entre
prédalles et d’autre part les éventuels défauts de planéité.
Le mode opératoire du plancher prédalle est divisé en 5 étapes principales:
1. La mise en place de l’étaiement
2. La pose de la prédalle
3. Le ferraillage additionnel
4. Le bétonnage
5. Le désétaiement
2.3. Les planchers confectionnés à partir de Dalles Alvéolées en béton Précontraint : DAP
Il s’agit d’une dalle en béton précontraint par armatures adhérentes allégée par des alvéoles
longitudinales. Le pourcentage d’espaces vides (volume des alvéoles par rapport au volume
d’un élément plein de même épaisseur) des planchers alvéolés se situe entre 30% et 50%.
La largeur standard d’un élément est de 1.20m, mais elle existe aussi en 0.60m (d’autres
largeurs sont possibles suivant les fournisseurs).
Les éléments sont réalisés en différentes épaisseurs suivant les charges et portées nécessaires.
Dans les cas les plus courants, l’épaisseur varie de 16 à 36cm.
Elle peut être utilisée seule ou associée à une dalle collaborante d’épaisseur minimale de 5cm.
Les DAP sont posées jointivement et assemblées par un clavetage béton coulé sur place, sans
coffrage en sous face.
Fig 2.3.-1 Coupe transversale d’une DAP
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
18 / 84
Les DAP sont principalement utilisées dans des bâtiments à grandes portées et charges
moyennes ou à petites portées et fortes charges tels que les immeubles de bureaux, les
hôpitaux, les écoles, les centres commerciaux et les immeubles industriels. Elles sont peu
utilisées en logement en raison de leurs propriétés acoustiques plus faibles que les dalles en
béton armé.
La DAP permet de franchir des portées allant jusqu’à 18 m suivant les cas de charge et les
épaisseurs. La portée moyenne se situe autour de 12 m. La pose se fait sans appuis porteurs
intermédiaires, seules les rives sont étayées. De plus, si l’on dispose d’un appui suffisant sur
les éléments porteurs, on peut s’affranchir de l’étaiement en rive.
Fig 2.3.-2
Avantages :
•
•
•
•
Pas d’étaiement en travée donc possibilité de circulation sous la zone de travail
Rapidité de mise en oeuvre
Grande portée, jusqu’à 18 m ! (cas rare mais faisable)
Tenue au feu : 2 heures maximum
Inconvénients :
•
•
•
Poids allant de 235 à 563 daN/m² donc nécessité de moyens de levage importants
Traitement des joints entre dalles alvéolaires
Défaut de planéité : il faut reprendre les effets de pianotage au niveau des joints
lorsque la pose se fait sans dalle collaborante
Le mode opératoire du plancher à DAP est le suivant :
1. La mise en place de l’étaiement
2. La pose de la DAP
3. Bétonnage de la chape si nécessaire et clavetage entre dalles
4. Le désétaiement
2.4. Les planchers nervurés à poutrelles préfabriquées associées à du béton coulé en
œuvre
Le plancher se présente comme un assemblement de poutrelle préfabriquée et de hourdis. Par
définition, ces planchers sont dits nervurés, par opposition aux dalles. En coupe transversale,
leur section résistante prise en compte dans les calculs se présente alors comme une
succession de sections en T dont les nervures sont en béton. La nervure est composée d’une
ou plusieurs poutrelles en béton préfabriquée, et du béton coulé en œuvre entre des entrevous
ou des coffrages récupérables.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
19 / 84
Il existe deux types de poutrelles :
• les poutrelles en Té renversé, en béton armé ou béton précontraint,
• les poutrelles en treillis, composées d'une armature en treillis et d'un talon béton
fabriqué en usine.
Fig 2.4.-1 Coupes transversales plancher poutrelles + hourdis
Fig 2.4.-2 Disposition type Poutrelles + hourdis + dalle de compression
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
20 / 84
Comparatif final des 4 types de planchers :
Modes
constructifs
Avantages
Inconvénients
Prédalle BP
Gain de matériel
Rapidité de MO, MO réduite
Sécurité
L < 8.50m ; l< 2.40 m
Prévoir une zone de stockage
Délai de mise au point et commande
Géométrie simple
Traitement des joints
Contraintes de levage
Prédalle BA
foraine
Gain de matériel
Sécurité
Souplesse de réalisation
L < 7 m ; l >= 2.40 m
Prévoir une zone de fabrication
adaptée (1.4 x surface de cycle)
Prédalle BA
extérieure
Gain de matériel
Sécurité
Souplesse de réalisation
L < 7 m ; l<= 2.40 m
Prévoir une zone de stockage
Délai de mise au point et commande
Géométrie simple
Traitement des joints
Dalle alvéolaire
précontrainte
Gain de matériel; pas d'appui intermed.
Sécurité
L < 18 m ; l = 0.60 m ou 1.20 m
Réalisation de trémies
Surface d'aspect brut
Coût des éléments
Dépendance au constructeur
Dalle coulée en
place
Libère la grue
Géométrie complexe
Mise en œuvre d'un isolant
Qualité de parement
L<7m
Dimensionnement sur 4 côtés
Quantité de matériel
MO élevée et qualifiée
Sécurité (console + vide)
Poutrelles
préfa
associés à du
béton coulé en
place ou avec
entrevous
Ce mode constructif n'est pas vraiment
utilisé chez Bouygues OPB
Plutôt utilisé pour de petites constructions et
pour du pavillonnaire
Mais il faut savoir que ça existe
Dalle préfabriquée
hauteur totale
Nécessite seulement un clavetage
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
Pas de continuité de dalle
Très lourd
21 / 84
3. Présentation des modes opératoires de planchers
Les deux types de planchers auxquels nous nous intéressons plus particulièrement sont les
planchers confectionnés à partir de prédalles (BA ou BP) ou de DAP.
Il semble essentiel de connaître les modes opératoires de mise en œuvre de ces planchers afin
de pouvoir optimiser leur système d’étaiement. En effet, un mode opératoire consiste en la
description détaillée des actions nécessaires à l’obtention d’un résultat, ici la mise en œuvre
du plancher. Ce mode opératoire permet de définir :
•
•
•
•
l'ensemble des postes de travail concernés par la réalisation du plancher,
les temps de passage prévus (alloués) à chaque poste,
l'ordre logique d'intervention de chaque poste,
les conditions d'enchaînement, de déclenchement, des opérations successives.
En détaillant toutes les phases du processus de construction, il permet à l’exécutant
d’accomplir la tâche dans les meilleures conditions de travail et de sécurité. Il est destiné aux
équipes travaux, encadrements et maîtrise. Il est présenté aux chefs d’équipes et compagnons
lors de ¼ d’heure sécurité.
Ces modes opératoires seront notamment très utiles pour pouvoir chiffrer une solution
d’étaiement. En effet, nous pourrons réaliser un chiffrage très précis grâce à la décomposition
des tâches et la connaissance des temps élémentaires.
Les 2 modes opératoires de planchers étudiés sont inclus en annexes.
Fig 3.-1 L’utilisation de la cage permet de travailler en toute sécurité
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
22 / 84
4. Présentation du matériel d’étaiement disponible à la location
Afin d’optimiser l’étaiement des planchers, une présentation du matériel est primordiale.
Nous nous intéresserons plus particulièrement au matériel de location proposé par le GIE
Matériel, entreprise appartenant au groupe Bouygues, afin de rendre l’étude applicable
directement. En effet, quasiment toute demande de location de matériel passe par le GIE
Matériel, c’est ainsi que l’entreprise fonctionne. Ce choix est purement pratique et
économique. Il est possible de commander du matériel ailleurs mais de manière
exceptionnelle. De plus, nous ciblerons cette présentation à l’étaiement nécessaire pour la
mise en œuvre des planchers prédalles et DAP.
Le matériel d’étaiement nécessaire à la mise en œuvre des planchers à prédalles se limite aux
étais simples, aux tours d’étaiement ainsi qu’aux poutrelles de coffrage préfabriquées.
4.1. Les étais simples avec trépieds :
Utilisés comme supports verticaux temporaires pour l’étaiement des coffrages, les étais
simples sont conçus pour supporter des charges en compression axiale.
Constitution :
Un étai métallique est constitué de deux tubes coulissant l’un dans l’autre, pouvant être réglés
à la côte désirée et bloqués à cette côte par un dispositif approprié. Chaque tube est muni à
son extrémité d’une platine qui peut permettre la mise en place d’une fourche.
Fig 4.1.-1 Constitution d’un étai avec trépied
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
23 / 84
Les étais utilisés par Bouygues OPB sont les étais Euronorm pour les faibles charges, les étais
ISCHEBECK pour les charges moyennes à fortes.
Fig 4.1.-2 Tableau des capacités d’étais Euronorm
Les étais ISCHEBECK peuvent reprendre des charges de 4 à 10 T, suivant le modèle et la
hauteur.
Les étais télescopiques réglables en acier font l’objet de la norme NF P 93-321.
4.2. Les tours d’étaiement
Les 2 principales tours d’étaiement utilisées par Bouygues sont les tours STAFLEX et les
tours MILLS. Les STAFLEX étant utilisées pour des charges moyennes à faibles, les MILLS
principalement pour les fortes charges.
Les tours d’étaiement font l’objet des normes NF EN 12811-1, 12812 et 12813.
Les informations techniques qui suivent proviennent des sites Internet www.mills.fr/ et
www.jalmat.com/.
La tour STAFLEX :
Les tours STAFLEX sont les tours les plus utilisées actuellement et depuis plusieurs années
sur les chantiers d’OPB. En effet, ce type de tours se prête bien à la nature des ouvrages
réalisés (hauteur inférieure à 6 m). Elles permettent de soutenir les coffrages de planchers et
de poutres, puis les prédalles.
Fig 4.2.-1 Etaiement d’une poutre préfabriquée par tour STAFLEX
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
24 / 84
Fig 4.2.-2 Etaiement d’un plancher et utilisation pour clavetage de poutre sur poteau
Les tours permettent d’étayer en toute sécurité grâce aux lisses de garde-corps.
Elles se déclinent en alu et en acier. Néanmoins, les compositions de ces dernières sont
similaires. La solution en aluminium:
•
•
•
•
•
Facilite les opérations de montage
Soulage les opérateurs lors de la manutention de cadre
Permet la manutention par un seul homme
Supprime l’utilisation d’une échelle d’accès à l’intérieur de la tour grâce aux barreaux
intégrés au cadre
Le planchon alu remplace deux planchons acier
Le système Staflex est constitué d'un ensemble d'éléments de faible poids, galvanisés, dont
l'assemblage permet de couvrir en hauteur une gamme continue, depuis 1,67 m jusqu'à 6,64 m
ou d’avantage, avec contreventements spécifiques.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
25 / 84
Fig 4.2.-3 Détails des éléments d’une
tour STAFLEX
Configuration :
Longueur : 1.60 m
Largeur : 1.20 m
Un tableau référençant les charges admissibles par pied suivant la hauteur de la tour est fourni
par le constructeur.
Fig 4.2.-4 Tableau des capacités portantes STAFLEX
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
26 / 84
Les tours MILLS
Les tours MILLS sont des éléments d’étaiements de coffrages horizontaux au même titre que
les tours STAFLEX.
Elles sont constituées d’éléments préfabriqués modulés, emboîtables les uns aux autres et
verrouillés sans apport de lisses à clavette ou de boulons.
Tout comme les tours STAFLEX, les tours MILLS sont composées de vérins de tête et de
pieds, de planchons et de diagonales horizontales. La différence réside dans la dimension des
cadres et des modules.
Configuration :
Longueur = Largeur = 1.60 m
Ces tours sont utilisées dans le cas où on a de fortes charges à étayées. Chaque poteau peut
reprendre entre 65 et 60 kN, ce qui fait une capacité portante totale de 240 kN.
4.3. Les poutrelles préfabriquées pour l’étaiement
Les poutrelles industrialisées pour l’étaiement sont les éléments directement en contact avec
la prédalle / DAP. Elles viennent s’assembler sur les fourches des tours afin de créer ce qu’on
appelle une file d’étai. Cette file d’étai constitue l’appui provisoire nécessaire pour assurer la
résistance de la prédalle / DAP avant durcissement de la dalle de compression.
Ce sont des éléments de longueur variable, en bois ou en aluminium.
La poutrelle bois est beaucoup moins résistante que la poutrelle ALU mais son coût en fait
d’elle la solution la plus utilisée. De plus, les poutrelles ALU sont plus chères à la location, et
plus propices au vol que les poutrelles bois.
A titre de comparaison :
Poutrelle BOIS H20 DOKA / poutrelle ALU ERECTA 68/200
Hauteur (mm)
Epaisseur (mm)
Mmax (kN.m)
Vmax (kN)
Coût de location
DOKA H20
200
80
5
14,25
0.04 € / ml / j
ERECTA 68/200
200
68
11
57
0.05 € / ml / j
Fig 4.3.-1 Poutrelle bois DOKA et alu ERECTA
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
27 / 84
Le moment fléchissant admissible est 3 fois supérieur pour la poutrelle Alu et son effort
tranchant admissible est 5 fois supérieur.
Le calcul de l’étaiement se faisant sur les résistances des poutrelles, on comprend bien que le
fait d’utiliser des poutrelles en alu va réduire le nombre de tours d’étaiement par rapport à
l’utilisation de poutrelles bois. Cependant, une étude du prix de location est à mener.
Fig 4.3.-2 Exemple de dispositif d’étaiement
- Les prédalles sont étayées en rive dans ce cas précis
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
28 / 84
5. Nécessité d’étudier l’optimisation de l’étaiement
5.1. Optimisation de l’étaiement
L’étaiement des planchers est un sujet qui n’est pas assez bien maîtrisé au jour d’aujourd’hui
chez OPB. En effet, il n’existe pas de méthode unique à suivre pour la réalisation d’un plan
d’étaiement. Chacun utilise sa propre méthode.
De plus, avec la diversité croissante du matériel d’étaiement, il n’est pas évident de dire si
telle ou telle solution sera plus pratique et plus économique sans une étude approfondie. Cette
étude doit inclure les coûts de matériel, de main d’œuvre et de matériaux, c’est-à-dire le
déboursé sec. C’est à partir de l’étude du déboursé sec que l’on pourra conclure à une solution
optimisée.
Actuellement, l’étaiement le plus utilisé chez OPB est la tour d’étaiement STAFLEX,
associée à des poutrelles bois DOKA H20. L’écartement entre tour d’étaiement et
l’espacement entre tour sont limités à 1.60m, mais cette valeur découle plus de l’expérience
que d’une analyse théorique (elle a évidemment une base de théorie quand même).
Nous avons vu les différents matériels d’étaiement, des tours aux poutrelles. Quelle solution
est la plus économique ? L’utilisation de poutrelle bois ou celle de poutrelle ALU ?
Pour répondre à cette question, une étude de conception puis financière est menée.
De plus, l’entreprise s’est aperçue que les temps de mise en œuvre de planchers prédalles ou
DAP était souvent plus important que les ratios dont elle dispose. Sachant que l’étaiement est
une des sources du problème, l’étude de son optimisation paraît obligatoire.
L’idée d’utiliser les éléments porteurs comme file d’étais a germé chez OPB. L’idée est
d’utiliser les poutres porteuses (des prédalles ou DAP) comme appuis pour les éléments
préfabriqués, afin de supprimer la file d’étais de rive (réduit de façon importante la quantité
de matériel). Mais cette idée est conditionnée par plusieurs hypothèses :
- la 1ère étant que l’élément préfabriqué doit reposer sur un appui minimal pour ne pas
avoir de glissement possible et pour garantir une résistance (chute de l’élément
préfabriqué, à l’origine de nombreux accidents sur chantier),
- la 2ème étant que la poutre (préfabriquée en général) puisse accueillir la prédalle, et
qu’elle résiste aux charges appliquées en phase provisoire (du coup plus importante
que les charges avec étaiement en rive),
- la vérification obligatoire sur chantier des valeurs d’appui pour éviter tout accident
(plan de contrôle à mettre en place).
Pour pouvoir valider cette solution, une étude très détaillée est nécessaire. Cette étude devra
prendre en compte le coût :
-
du matériel : une économie est certaine car la quantité sera diminuée.
de la main d’œuvre : la quantité de matériel étant réduite, le coût de la MO le sera
aussi,
des matériaux : faudra-t-il épaissir les poutres pour vérifier l’appui minimal de la
prédalle ? Y aura-t-il un coût supplémentaire pour la préfabrication des poutres (qui
seront particulières) ?
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
29 / 84
Les gains et pertes devront alors être comparés pour pouvoir dire si la solution est
économique.
Les solutions d’étaiement possibles sont au nombre de 6 :
Fig 5.1.-1 Solutions 1 et 2 – Etaiement des prédalles ou DAP en rive
Fig 5.1.-2 Solutions 3 et 4 – Utilisation des porteurs comme appui de rive
Fig 5.1.-3 Solutions 5 et 6 – Utilisation de lisses d’étais de rive
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
30 / 84
Nous pouvons réunir ces différents cas sous forme de tableau :
Solution
1
2
3
4
5
6
Tour d'étaiement en
rive
Oui
Oui
Non
Non
Non
Non
Tour d'étaiement en
travée
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Poutrelle
Lisse de rive
Bois
Alu
Bois
Alu
Bois
Alu
Non
Non
Non
Non
Oui
Oui
Fig 5.1.-4 Tableau récapitulatif des solutions d’étaiement
Les solutions 5 et 6 ne sont utilisables que dans les cas les files d’étais sont bridées à
l’élément porteur. Nous nous interdisons l’utilisation d’étais pour des raisons de sécurité. Ces
solutions ne vont donc pas être étudiées.
Le traitement du sujet va se dérouler suivant 5 points principaux :
1)
2)
3)
4)
5)
Connaissance du matériel / des Modes Opératoires / des Règlements
Conception de l’étaiement et Impacts sur le matériel
Impacts sur les matériaux
Impacts sur la mise en œuvre
Applications sur plusieurs trames « type »
Mon objectif est donc de mettre en place une méthode de calcul d’étaiement de planchers, qui
sera simple et rapide d’utilisation dans le but de le faire accepter par le service « Méthodes »
d’OPB. Dans un deuxième temps, l’objectif est de regarder quelle solution d’étaiement est la
plus économique, après avoir étudié sa faisabilité. Cet objectif nécessite le développement
d’outils de calcul des coûts, pouvant être utilisé à la fin de mon stage.
À plus grande échelle, l’objectif est de réduire les Temps Elémentaires (et Temps
Unitaires) ainsi que d’uniformiser la mise en œuvre des planchers confectionnés à partir de
prédalles préfabriquées ou de dalles alvéolaires en béton précontraint, au sein d’OPB.
Le développement d’un guide explicatif est prévu. Une attention particulière sera portée au
fait de laisser une solution durable à l’entreprise.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
31 / 84
5.2. Présentation des outils mis en place / à disposition permettant l’optimisation et la
comparaison
Les « outils » mis à disposition pour cette étude sont de plusieurs types :
-
-
-
Un accès à toute la documentation technique au travers :
Du serveur local d’OPB
Du serveur à distance commun à Bouygues : portail WELCOM
Bibliothèque du bureau
Centre de documentation au siège à Saint-Quentin-en-Yvelines
Annuaire de Bouygues référençant toute personne y travaillant
L’accès à un ordinateur :
Pack Office (Word, Excel, Outlook)
AutoCAD
Accès internet
L’accès à tous les plans et documents utiles
L’accès aux outils des différentes unités opérationnelles de BOUYGUES.
De plus, le sujet d’ « optimisation de l’étaiement et uniformisation de la mise en œuvre des
planchers » fait partie d’une « commission plancher ». Elle est dirigée par un conducteur de
travaux et y sont conviés : le Directeur de la Direction Technique, le Chef de Service
Structure, le Chef de Service Méthodes, ainsi que de deux Directeurs Travaux et le Directeur
de la Sécurité.
En tant que stagiaire, je suis mis à disposition de ce groupe de travail de façon permanente.
Pour les questions concernant la structure, notamment au niveau des poutres (ferraillage,
appui libre…), un collègue du service Structure est mis à disposition.
Etant intégré dans l’équipe du service Méthodes, j’ai de plus la chance d’être bien épaulé en
cas de souci ou pour toute question. Mon tuteur, chef de Service Méthodes, m’aide beaucoup
pour mettre en route la démarche, bien comprendre les objectifs à atteindre et me guider dans
le travail à effectuer tout en me laissant une grande autonomie.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
32 / 84
6. Impacts d’une solution d’étaiement optimisée sur les
matériaux
Afin de connaître l’impact qu’aura une solution d’étaiement optimisée sur les matériaux des
prédalles et des poutres, il est nécessaire de savoir :
Concevoir un étaiement de prédalle,
Comprendre l’handicap lié aux tolérances d’exécution du GO et de fabrication
des prédalles,
Concevoir une poutre avec un ferraillage « spécial ».
6.1. L’étaiement des prédalles
L’étaiement des planchers confectionnés à partir de prédalles est réalisé avec des tours
d’étaiement ou files d’étais simples (cas particulier) et des poutrelles (aluminium ou bois).
L’étaiement remplit une double fonction :
Une fonction géométrique, celle de maintenir en position stable dans l’espace un
coffrage, platelage ou élément préfabriqué,
Une fonction mécanique, celle de transmettre la charge qu’il reçoit en un point d’appui
choisi dans la construction comme capable de recevoir cette charge sans dommage
pour la stabilité de l’ensemble.
Tous les éléments de l’étaiement doivent résister aux charges auxquelles ils sont soumis, d’où
la nécessité de connaître leur résistance avec exactitude. Connaissant ces résistances, nous
pourrons optimiser l’étaiement en faisant travailler le matériel à leur limite de résistance.
L’étude de l’étaiement passe par plusieurs points :
L’évaluation des charges en présence,
Le choix du matériel, étais ou tours d’étaiement,
L’étude du contreventement,
L’étude du montage, de la sécurité du personnel,
L’étude du cycle de bétonnage, coffrage, décoffrage, translation de l’étaiement (ou
ripage), besoin de sous-étaiement…
6.1.1. Évaluation des charges
Ce paragraphe est inspiré dans les grandes lignes par les ouvrages suivant : « Etaiement des
planchers de bâtiments » de l’OPPBTP et « Guide de coffrage et de l’étaiement » de la
Fédération Française du bâtiment.
Les charges permanentes :
♦ Le poids de l’étaiement,
♦ Le poids des coffrages, des filières ou lisses, des poutrelles et des entrevous, des
prédalles, selon le type de plancher à construire,
♦ Le poids du béton armé fini à la cote prévue.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
33 / 84
Les charges de chantier :
Les charges de chantier peuvent être déterminées par le calcul (détermination réelle des
charges) ou fixées forfaitairement en se référant aux prescriptions générales.
Détermination réelle des charges de chantier :
Fig 6.1.1.-1 Tableau récapitulatif des charges de chantier à prendre en compte
Valeurs forfaitaires des charges de chantier :
Si le concepteur préfère prendre une valeur forfaitaire des charges, il se réfère à l’une des
prescriptions suivantes :
− L’INRS préconise une valeur de 200 daN/m² y compris les efforts dynamiques.
− La norme NF EN 12813 Déc.2004 relative aux tours d’étaiement prévoit une charge
répartie comprise entre 180 et 350 daN/m², à laquelle s’ajoutent les charges
ponctuelles.
Charge totale :
La charge totale correspond à la somme des charges permanentes et des charges de chantier.
Remarque sur l’effet de continuité :
La continuité d’un élément tel qu’une prédalle, une filière, a pour conséquence une répartition
des charges différente de la simple répartition géométrique.
Lorsqu’une poutre continue repose sur 3 appuis, et supporte une charge uniformément
répartie p, par mètre, la charge transmise entraîne une réaction sur l’appui central de
1.25*p*L.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
34 / 84
Fig 6.1.1.-2 Schéma explicatif ; Réaction en B : RB = 1.25 * p * L
Fig 6.1.1.-3 Schéma de l’étaiement
Appui intermédiaire :
Si l’étaiement est constitué de 2 systèmes de raidissement orthogonaux (prédalles et filières),
les effets de continuité orthogonaux se conjuguent. La charge supportée par un étai
intermédiaire sera alors : Ni = 1.25 * 1.25 * q * L * a = 1.56 * q * L * a
Où q est la charge uniformément répartie, L et a les dimensions entre étais comme montré sur
le schéma ci-dessus.
Le CPT plancher demande une majoration minimale de 20% pour prendre en compte l’effet
de simple continuité, soit Ni = 1.44 * q * L * a en double continuité.
Il est donc raisonnable de prendre Ni = 1.5 * q * L * a.
Appui de rive :
La charge reçue par les appuis de rive sera : Nr = 0.75 * q * L * a.
Voici donc les charges à prendre en compte dans la conception de l’étaiement.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
35 / 84
6.1.2. Le matériel utilisé – Critères de résistance à prendre en compte
Le matériel utilisé pour l’étaiement des prédalles a été présenté précédemment dans le
rapport.
Dans le calcul de la quantité d’étaiement nécessaire, ces différentes résistances seront mises
en jeu (par ordre d’intervention dans la descente de charge) :
La résistance en flexion et à l’effort tranchant des poutrelles,
La résistance des pieds de tour d’étaiement.
Un critère de flèche est aussi imposé. En effet, selon le CPT Plancher Titre 2 Section
2.A.111,5:
« … pour la détermination de l’espacement des étais, il faut limiter également les
déformations pour des raisons d’aspect : ainsi la flèche prise par la prédalle entre deux appuis
provisoires ou non ne doit pas dépasser le 1/500e de la portée correspondante.
Il est rappelé que cette vérification est effectuée sans tenir compte des charges de chantier. »
Une feuille Excel a été développée afin de vérifier ces résistances et la condition de flèche.
Dans un premier temps, les différents types de poutrelles et tours d’étaiement ainsi que leurs
caractéristiques ont été répertoriées dans une bibliothèque qui servira de base de données pour
le logiciel de calcul.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
36 / 84
6.1.3. Méthode de calcul pour l’étaiement des prédalles
Voici un schéma classique d’étaiement des prédalles qui va nous servir de base de réflexion
pour notre feuille EXCEL.
Fig 6.1.3.-1 Schéma AutoCAD de principe d’étaiement des prédalles
La méthode de calcul part sur plusieurs hypothèses :
L’étaiement se fera au moyen de tour d’étaiement ou cadrétais, de dimensions
connues.
L’écartement maximum des files d’étais (phase provisoire) est de 2.50m pour une
épaisseur de prédalle standard en béton précontraint (6cm), et de 1.60m pour une
prédalle en béton armé. Ces valeurs nous ont été indiquées par un fabricant de
prédalle.
Il est évident que les files d’étais les plus chargées sont les files intérieures (qui ont
une largeur tributaire plus importante). La vérification des résistances se fera alors sur
ces files d’étais. Le même matériel sera utilisé pour les files d’étais moins chargée
dans un but d’uniformisation (délicat d’avoir du matériel différent sur chantier).
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
37 / 84
Il faut bien comprendre que le choix de l’étaiement nécessite l’étude de 3 points essentiels :
Point 1 : L’étude des éléments porteurs
Point 2 : Disposition des tours d’étaiement dans le sens de la portée de la prédalle.
Point 3 : Calcul de l’intertour ou Disposition des tours d’étaiement dans le sens
perpendiculaire au sens de portée de la prédalle / Détermination du nombre de tours
Notre plan d’étaiement est ainsi déterminé.
6.1.3.1. Étude des éléments porteurs.
2 cas sont possibles :
•
•
On peut utiliser les porteurs (poutres) comme appuis de rive et ainsi supprimer les
tours d’étais en rive (Cas 1),
On ne peut pas utiliser les porteurs comme appuis de rive (Cas 2).
Cette étude se fera au cas par cas, car les éléments porteurs ainsi que les charges
d’exploitation diffèrent d’un projet à un autre. Elle sert à déterminer si oui ou non, on utilise
les éléments porteurs (poutres) comme appui de rive.
Fig 6.1.3.1.-1 Exemple de ferraillage en
double cadre
6.1.3.2. Étude de la disposition des tours dans le sens de portée de la prédalle
La disposition des tours dans le sens de portée de la prédalle est fonction des dimensions du
matériel utilisé ainsi que de la portée maximale possible entre file d’étais en phase provisoire.
Plusieurs schémas AutoCAD ont été créés afin de déterminer cette disposition.
Voici ces schémas dans le cas de tour d’étaiement STAFLEX:
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
38 / 84
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
39 / 84
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
40 / 84
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
41 / 84
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
42 / 84
6.1.3.3. Calcul de l’intertour
La conception de l’étaiement se poursuit avec le calcul de l’intertour. Il est fonction de :
•
•
•
•
•
•
•
•
l’écartement des files d’étais,
l’épaisseur de la dalle,
le choix de la tour,
le choix de la poutrelle,
la longueur à étayer,
la surcharge d’exploitation,
la configuration des tours (suivant les modèles),
la masse volumique du béton.
Ce calcul se déroule en 4 étapes. Les voici détaillées :
Etape 1 : La première étape consiste à déterminer la charge totale à étayer. Celle-ci est la
somme de la charge permanente (poids propre de l’élément préfabriqué) et des charges de
chantier résultant du calcul réel ou d’une valeur forfaitaire.
Dans le logiciel, il n’est pas possible de distinguer au cas par cas le calcul des charges
d’exploitation. On prendra donc une valeur forfaitaire conformément aux prescriptions
(Norme NF EN 12812 ou INRS). Cependant, l’utilisateur de la feuille EXCEL pourra à tout
moment en modifier la valeur suivant le cas étudié.
Etape 2 : La deuxième étape consiste à déterminer l’intertour (soit l’écartement maximum
des points d’appui) en fonction du matériel d’étaiement choisi. L’écartement calculé découle
de trois vérifications comparatives:
Remarque : Dans les vérifications, nous considérerons la poutrelle appuyée sur 3 appuis, à
travées différentes.
1. Vérification du moment fléchissant de la poutrelle : on calcule l’écartement maximal des
points d’appui (ou intertour) jusqu’à saturer la poutrelle choisie. L’égalité entre le moment
fléchissant calculé et le moment admissible de la poutrelle donne la valeur limite de
l’écartement.
La formule utilisée est celle du moment hyperstatique à l’appui central ou en travée. On en
tire lmax :
Fig 6.1.3.3.-1 Valeurs des moments et réactions
p = charge linéique sur poutre
On vérifie les 3 moments maximum, sachant que l1 ou l2 est fixe.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
43 / 84
2. Vérification de l’effort tranchant de la poutrelle: on calcule l’écartement maximal des
points d’appui en supposant que la poutrelle choisie travaille à l’optimum en cisaillement. Ce
calcul donne un nouvel écartement qu’il faudra comparer ultérieurement avec le précédent.
Soit RA, RB et RC les réactions aux appuis A, B et C, on a :
Vmax = RB * l1 / (l1 + l2) si l1 est supérieur à l2.
On en tire l1= lmax.
La formule utilisée est celle de l’effort tranchant hyperstatique à l’appui central. La valeur de
l’effort tranchant est divisée en deux parties car l’appui central de la poutrelle est une fourche
de 90 mm de long. Il est donc possible de considérer deux sections proches qui travaillent en
cisaillement plutôt qu’une seule, et ainsi répartir les efforts tranchants.
Fig 6.1.3.3.-2 Schéma explicatif dans le cas d’une poutrelle à travées égales ; V étant l’effort
tranchant et l la portée
3. Vérification de l’effort en pied de tour : on calcule l’écartement maximal des points d’appui
en saturant le pied de la tour d’étaiement. L’effort admissible en pied de tour est lié à la
hauteur que l’on vient étayer. Le tableau ci-dessous présente en fonction de la hauteur de la
tour d’étaiement et la configuration de montage de la tour, la charge verticale admissible par
le pied de tour. Ceci pour une tour STAFLEX Alu.
Fig 6.1.3.3.-2 Tableau des réactions en pied de tour admissibles
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
44 / 84
Pour tenir compte des effets de continuité, on pondère la charge reprise par le pied de tour par
1,5. En effet, on considère le cas le plus défavorable, c'est-à-dire que le pied de tour est
calculé comme un appui intermédiaire.
D’où : lmax = 2*Rmax / (1,5*p) – ltrans.
(3)
Rmax = Effort en pied de tour admissible
ltrans. = longueur transversale de tour (dans le sens de portée de la prédalle)
4. Vérification de la flèche de la poutrelle :
Selon le CPT « Plancher » Titre 2, nous limitons la flèche des poutrelles au 1/500e de la
portée. Nous allons donc calculer l’intertour de façon à atteindre la flèche admissible de la
poutrelle.
Nous utiliserons la formule de la flèche sur 3 appuis qui suit :
Fig 6.1.3.3.-3 Valeurs des flèches suivant les portées et charge linéique
Avec : p, charge linéique en tonne / ml ; l1 et l2 en mètres ; I en cm4 ; f en cm.
La formule est valable pour l’acier (le module young utilisé étant compris dans les
coefficients). Il faudra donc multiplié la flèche par (Iacier / Imatériau choisi) soit par 3 pour
l’aluminium ou par 21 pour le bois.
Remarque importante : Cela implique aussi que lors de la mise en œuvre, la poutrelle
devra être appuyée sur 3 appuis de manière systématique.
Une fois ces 4 vérifications établies, on obtient 4 valeurs d’écartement maximal des points
d’appuis. L’intertour qu’il faut alors retenir pour la mise en oeuvre de l’étaiement est bien
évidemment le minimum des valeurs calculées.
Etape 3 : Lorsque l’intertour est connu, il convient de déterminer en fonction de la longueur à
étayer, le nombre de tour à mettre en place ainsi que les écartements réels des tours. En effet,
l’espace à étayer est un espace fermé : l’intertour calculé est valable si l’on étaye sur une
travée infinie. Ici, il faut recalculer l’intertour en considérant que les côtes sont bloquées et en
positionnant une tour d’étaiement à chaque extrémité. On peut alors calculer le nombre de
tours ainsi que le nouvel écartement.
Létayée = 2*0.2 m + N*llong. + (N-1)*lmax
(où lmax est la valeur trouvée à l’instant)
0.2 m correspond au décalage de la tour par rapport au voile.
Létayée = longueur à étayer ; N = nombre de tours ; llong. = longueur de tour longitudinal
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
45 / 84
Etape 4 : Enfin, il convient de vérifier les valeurs retenues en recalculant le moment
fléchissant, l’effort tranchant, l’effort en pied de tour ainsi que la flèche avec l’écartement
obtenu.
La feuille Excel donne alors une synthèse des résultats sur fond gris, avec un message
d’erreur s’il y a lieu. En cas d’erreur, il faut alors vérifier les points mis en cause.
La solution retenue est celle pour laquelle toutes les vérifications sont satisfaites.
Fig 6.1.3.3.-3 Feuille EXCEL de calcul d’étaiement des prédalles
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
46 / 84
Organigramme de la feuille EXCEL :
Caractéristiques du
matériel choisi
(bibliothèque)
Entrée des données
dans les cases au
fond jaune
Détermination des
charges surfaciques
et linéiques
Calcul de lmax
Au moment
fléchissant
A l’effort
en pied de
tour
A l’effort
tranchant
A la flèche
admissible
Mini des 4
=
Intertour max
Calcul intertour
réel suivant
long. à étayer
Vérifications
M, V, Effort en
pied de tour et
flèche
Synthèse des
vérifications
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
47 / 84
Le développement de cette feuille EXCEL nous a permis de créer un tableau donnant les
intertours maximum en fonction de la poutrelle choisie, du critère de flèche choisi, de la tour
choisie, de l’épaisseur de la dalle et de l’écartement maximum des files d’étais.
Faire varier le critère de flèche peut être intéressant dans des cas particuliers. Ce critère
n’étant basé que sur une question d’aspect, si nous sommes dans le cas d’une dalle avec fauxplafond en sous-face, le critère de flèche est un point à discuter. A étudier au cas par cas donc.
En annexe sont présentés ces tableaux.
Commentaires sur les tableaux d’intertour :
On peut s’apercevoir que le critère de flèche est quasiment tout le temps le critère déterminant
et de loin, en particulier pour les dalles de faible épaisseur et un écartement entre file d’étais
faible. Par contre, plus l’écartement des files d’étais ainsi que l’épaisseur de la dalle sont
importants (plus les charges sont importantes), plus le critère lié à l’effort tranchant
admissible se rapproche de celui lié à la flèche.
Dans le cas où on ne regarde pas le critère lié à la flèche, les critères liés à l’effort tranchant et
au moment fléchissant sont déterminants. Le premier correspondant au cas de dalles épaisses
et d’écartement de file d’étai important ; le deuxième pour les dalles pas trop épaisses et un
écartement de file d’étai moindre.
Etant donné la différence qu’il peut y avoir en prenant compte un critère de flèche plus
ou moins important, il faut donc discuté de l’intérêt de ce critère au cas par cas.
Une feuille EXCEL pour le calcul d’étaiement des dalles alvéolaires précontraintes a été
conçue. Le principe est le même.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
48 / 84
6.1.4. Contreventement de l’étaiement.
Il est nécessaire de justifier un certain contreventement dans un étaiement. Les textes disent,
qu’à défaut d’un calcul des différentes charges horizontales, il doit être pris une valeur globale
forfaitaire égale à 20% des efforts verticaux pour les efforts horizontaux à reprendre.
Selon la fiche de sécurité E4 F 06 02 « Les prédalles du bâtiment – Mise en œuvre », de
l’OPPBTP, à partir de 3 m de hauteur, l’emploi de tour d’étaiement est préconisé. En dessous
de 3m, il est possible d’utiliser des filières d’étais. Cependant, l’utilisation de tour d’étaiement
est utile car les tours sont des éléments contreventés par nature.
Dans le cas d’étais simples, il faut prévoir un contreventement particulier. Ils peuvent être
maintenus en place par des trépieds, qui ne font pas office de contreventement !! C’est
pourquoi l’utilisation de file d’étais simples est controversée. Lors de la pose de prédalles, il y
a un risque de venir heurter la file d’étai et de la faire tomber. Ce risque est effacé dans le cas
de tour d’étaiement.
L’utilisation de file d’étais en rive nécessite de brider cette lisse à l’élément porteur. C’est une
opération qui peut être assez compliquée sur chantier, c’est pourquoi on préfère utiliser des
tours. Cependant, le coût de location des tours est plus élevé et la mise en œuvre plus longue.
Fig 6.1.4.-1 Étaiement de coffrage traditionnel
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
49 / 84
6.2. Disposition d’appui des prédalles
Comme nous l’avons dit précédemment, l’utilisation des porteurs comme file d’étais impose
que l’élément préfabriqué repose sur un appui minimal. Il est donc nécessaire de déterminer la
longueur des prédalles à prévoir ainsi que la profondeur de l’appui libre sur l’élément porteur.
Ce calcul doit tenir compte des tolérances d’exécution sur les structures porteuses (poutres
dans notre étude) et sur les éléments préfabriqués en béton.
6.2.1. Le principe de calcul
Les tolérances d’exécution
− Sur la longueur des produits (L ± ∆L),
− Sur la distance entre structures porteuses (D ± ∆D),
font varier la surface de repos des éléments préfabriqués sur les structures porteuses entre
deux valeurs extrêmes.
La plus grande correspond à l’appui libre. La plus petite, nommé appui résiduel, doit être
comparée à l’appui minimal, dont la valeur est fixée par le CPT Plancher Titre 2. Lorsque
l’appui résiduel est inférieur à l’appui minimal, la pose de lisses d’appui de rive est
nécessaire.
Tolérances d’exécution des structures porteuses :
Distance entre poutres adjacentes
Max (± L/500 ou ±15 mm) ; limité à 40 mm
Distance libre entre poteaux ou murs
adjacents
Max (±L/600 ; ±25 mm)
Fig 6.2.1.-1 Tolérances d’exécution provenant du DTU 21
Tolérances sur la fabrication des prédalles :
Sur la longueur et les diagonales des prédalles
Sur la largeur des prédalles
Sur la rectitude des bords droits par rapport à la droite joignant les extrémités
Sur l'épaisseur
Sur la position des armatures dans le sens vertical
± 2 cm
± 1 cm
± 0,5 cm
± 0,5 cm
± 0,3 cm
Fig 6.2.1.-2 Tableaux des tolérances de fabrication de prédalles (CPT Plancher Titre 2)
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
50 / 84
Deux situations extrêmes peuvent se présenter :
I. Les éléments « courts » sont posés sur des appuis « éloignés »,
II. Les éléments « longs » sont posés sur des appuis « rapprochés ».
Fig 6.2.1.-3 Situation extrême 1
Fig 6.2.1.-4 Situation extrême 2
Il faut de plus distinguer 2 cas, suivant que la prédalle est centrée sur appuis lors de la pose ou
non.
L’étude de ces longueurs est apparu évidente après les différents accidents qui ont pu avoir
lieu. En effet, en l’absence d’étude :
• Pour les éléments trop longs, les ouvriers sont tentés de les faire rentrer dans un espace
trop court, en utilisant soit le marteau-piqueur ou la massette pour diminuer la
longueur du produit, soit la barre à mine ou autre pour déplacer les aciers « gênants »
ou un élément préfabriqué.
C’est ainsi que les effondrements d’éléments « courts » sont provoqués par les efforts
exercés sur les structures porteuses pendant la pose d’éléments préfabriqués « longs ».
• Pour les éléments trop courts, posés sans lisse sur des appuis éloignés, le risque
d’effondrement est évident.
L’étude qui suit permet de prendre en compte les tolérances afin de déterminer l’appui
libre à laisser sur l’élément porteur ainsi que la longueur de prédalle à commander.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
51 / 84
Calcul de l’appui libre et de la longueur de prédalle à commander
1 . Si on ne centre pas la prédalle :
2 phases critiques :
Phase 1 : Les éléments courts sont posés sur des appuis éloignés et la prédalle est bloquée
contre les aciers de porteurs sur un côté.
Fig 6.2.1.-5 Schéma AutoCAD de mise en place de prédalle
On veut donc : (L – ∆L) – (D + ∆D) – albr ≥ amin
(1)
Ce qui correspond au fait que l’appui a doit être supérieur à amin.
Phase 2 : Les éléments longs sont posés sur des appuis rapprochés et la prédalle est bloquée
contre les aciers en attente d’un côté.
On veut : (D - ∆D) +2 albr ≥ (L + ∆L)
(2)
Ce qui correspond au fait que la distance entre fers en attente doit être supérieur à la longueur
de prédalle.
De (1), on tire : (L – ∆L) – (D + ∆D) – amin ≥ albr
De (2), on tire : albr ≥ [(L + ∆L) - (D - ∆D)] / 2
Et on conclut donc que : (L – D + ∆L + ∆D) / 2 ≤ albr ≤ L – D - ∆L – ∆D – amin
Et on trouve que : albr = amin + 2 ∆D + 2 ∆L
Et : L = 2 amin + 3 ∆D + 3 ∆L + D
Exemple : ∆D = 1.5 cm ; ∆L = 2 cm ; amin = 2 cm
D’où : albr = 9 cm et L = D + 14.5 cm
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
52 / 84
2 . Si on centre la prédalle :
Phase 1 : Eléments courts posés sur appuis éloignés
On a alors : L = 2 amin + ∆D + ∆L + D
Phase 2 : Eléments longs posés sur appuis rapprochés.
On a alors : albr = amin + ∆D + ∆L
Exemple : ∆D = 1.5 cm ; ∆L = 2 cm ; amin = 2 cm
D’où : albr = 5.5 cm et L = D + 7.5 cm
Appui minimum à respecter selon les textes règlementaires
Voici le tableau des appuis minimum selon la CRAM Île-de-France et vérifié par le CPT
Plancher (la présence ou non d’étaiement signifie un étaiement en travée ou non) :
Fig 6.2.1.-6 Tableaux CRAMIF des appuis minimum pour prédalle et DAP
On s’aperçoit tout d’abord que les tolérances d’exécution ainsi que de fabrication des
prédalles entraînent une surconsommation de prédalle assez importante (jusqu’à 14.5 cm de
plus) et un appui libre très important à laisser sur la poutre !
Cependant, on peut voir que la condition de centrer ou non la prédalle est contraignante. On
passe d’un appui libre de 5.5 cm à 9 cm si on ne veut pas centrer la prédalle.
C’est donc un des critères sur lesquels on peut jouer lors de la mise en œuvre de prédalle sans
étai de rive. La décision se fera au cas par cas.
L’appui libre est fonction de l’appui minimal (valeur que l’on ne pourra pas modifier) et des
tolérances d’exécution et de fabrication. Nous pouvons donc essayer de jouer sur les
tolérances.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
53 / 84
6.2.2. Tolérances d’exécution
Actuellement, au sein d’OPB, il est difficile de pouvoir diminuer la tolérance d’exécution des
éléments porteurs. Cependant, on pourrait proposer une méthode, mettant en place un système
de contrôle de position des éléments porteurs plus précis pour réduire cette tolérance. Une
telle méthode serait à développer. Autrement, on ne peut diminuer cette tolérance.
6.2.3. Tolérance sur la longueur des prédalles
Afin de bien comprendre le problème, j’ai visité 2 usines de fabrication de prédalles. La
raison première de ma visite était la mesure d’un lot de prédalles, pour voir la distribution
statistique des tolérances. Cela afin de réduire les tolérances prises en comptes dans le calcul
de l’appui libre. J’ai pu mesurer 54 spécimens, voici les résultats :
Distribution statistiques des tolérances sur la longueur des prédalles
12
11
10
9
9
8
Fréquence
7
6
Distribution statistiques des tolérances
de prédalles
6
4
4
2
2
2
1
1
1
0
0
0
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Ecart longueur réelle/ longeur théorique
Fig 6.2.3.-1 Diagramme de distribution statistique des tolérances
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
54 / 84
Distribution statistiques des tolérances sur la longueur des prédalles
25
20,4
20
16,7
16,7
15
13
11,1
Pourcentage
Distribution statistiques des tolérances
sur la longueur des prédalles
10
7,4
5
3,7
3,7
1,9
1,9
1,9
0
0
0
-3
-2
-1
0
1
2
3
Ecart longueur réelle/longueur théorique
Fig 6.2.1.-2 Diagramme de distribution statistique des tolérances en pourcentage
On s’aperçoit que dans environ 80% des cas, la tolérance se situe entre ± 1 cm ; 96% entre ± 2
cm. Cependant, 4% des prédalles sont hors tolérances !!
Les fabricants de prédalle ont pour obligation de mesurer au moins une prédalle par banc de
fabrication, avant et après bétonnage. Cela ne garantit donc pas le respect des tolérances dans
tous les cas.
Selon les fabricants, le contrôle des longueurs est plus ou moins poussé : réduit au minimum
chez certains, contrôle de tous les coffrages de prédalle avant coulage pour d’autres.
Il est aussi très difficile de demander au fabricant de s’engager sur une tolérance de longueur
de prédalle de ± 1 cm. Le matériel utilisé ne le permet pas forcément et le fabricant ne veut
pas diminuer sa tolérance (même en contrepartie d’un coût de prédalle augmenté).
Conclusion : Jouer sur les tolérances d’exécution et de fabrication des éléments préfabriqués
semble très difficile. Diminuer les tolérances d’exécution du gros-œuvre demanderait le
développement d’un mode opératoire spécifique. Diminuer les tolérances de fabrication
semble impossible, et ne prendre en compte que 80% des cas est délicat. Une solution est
actuellement en discution : payer le fabriquant pour faire un contrôle de toutes les prédalles et
de nous fournir que celles dont la tolérance est de ± 1cm, ceci en contrepartie d’un coût de
prédalle plus important.
De plus, un choix essentiel est le centrage ou non de la prédalle.
On s’aperçoit donc que le fait d’utiliser les porteurs comme appuis de rive nécessite une
surconsommation de prédalle, qu’il faut chiffrer dans notre solution d’étaiement.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
55 / 84
6.3. Étude des éléments porteurs
La solution de ne pas étayer les prédalles en rive impose de modifier la géométrie des
structures porteuses (et leur ferraillage) afin de créer cet appui libre nécessaire à la pose de
prédalle sans lisse d’appui de rive.
Plusieurs solutions s’offrent au bureau d’études structure. Il peut choisir d’élargir les poutres,
d’épaissir les voiles ou de créer des corbeaux. Toute solution développée est bonne pour créer
cet appui.
Nous allons voir quelles sont les dispositions de ferraillage à mettre en œuvre pour permettre
un appui libre important.
Les dispositions de ferraillage possibles sont les suivantes :
6.3.1. Le cadre trapézoïdal
Fig 6.3.1.-1 Dessin sous ACAPULCO, logiciel de calcul de poutre en BA
Cette solution admet des limites géométriques. En effet, la largeur de la partie supérieure du
cadre dépend de la largeur de la poutre, mais aussi de l’appui libre à réaliser. Une largeur de
poutre de 40 cm est déjà limite pour ce type de solution. De plus, le montage de ce type de
ferraillage n’est pas des plus faciles. Le cadre trapèze est aussi peu adapté aux poutres dont la
retombée est de l’ordre de 20 cm.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
56 / 84
6.3.2. Le double cadre
Fig 6.3.2.-1 Dessin de la solution « double cadre »
Cette solution est pratique dans la plupart des cas, que la retombée de la poutre soit inférieure
à 20 cm, ou que sa largeur soit inférieure à 40 cm. Cependant, 30 cm de large est la limite
basse.
6.3.3. La solution traditionnelle
Voici un rappel de la poutre préfabriquée traditionnelle pour comparaison :
Fig 6.3.3.-1 Dessin de la solution préfabriquée « traditionnelle »
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
57 / 84
6.3.3. Impact financier des différentes solutions de poutres
Nous avons mené notre étude à l’aide du logiciel ACAPULCO, logiciel de calcul et de dessin
d’armatures de poutres continues en Béton Armé selon les règles BAEL 91. Les méthodes de
calcul utilisées sont celles de Caquot et Caquot simplifié.
Le but de l’étude est de mesurer l’impact de la solution avec appui libre conséquent ( 9cm )
sur la quantité d’acier. On se demande quelle sera la surconsommation afin de chiffrer cette
surconsommation.
6.3.3.1. Comparaison solution traditionnelle - solution double cadre
Afin de rendre l’étude la plus générale possible, nous sommes partis sur l’étude d’une trame
de parking et de deux trames de bureaux « type ».
Il s’est avéré que le logiciel nous donne une quantité d’acier inférieure pour la solution
préfabriquée « double cadre » que pour la solution préfabriquée « traditionnelle ». Cela n’est
pas logique, donc nous préférons faire la comparaison des solutions à la main, de cette
manière :
Fig 6.3.3.1.-1 Schémas d’armatures provenant du logiciel ACAPULCO
La surconsommation d’acier dans le cas d’appui des éléments préfabriqués est liée :
- au fait que les charges en provisoire sont beaucoup plus importantes,
- à la géométrie spécifique de la solution double cadre.
Cette étude est menée dans le cas d’utilisation de prédalles. En effet, la prédalle est un
élément en béton plein, la section de béton de calcul sera donc équivalente au cas de plancher
coulé en place. Dans le cas de dalles alvéolées en béton précontraint, les alvéoles créent un
vide que l’on doit prendre en compte. La section de béton à prendre en compte dans le calcul
sera donc beaucoup moins importante. Une étude avec ACAPULCO sera donc menée au cas
par cas lorsque l’on utilisera des DAP.
En rouge est représenté l’acier en surplus dans la solution en double cadre. En vert l’acier en
moins (il est représenté sur le dessin mais ne fait pas partie du ferraillage réel). En faisant un
raisonnement logique, on peut comprendre que la section d’aciers longitudinaux sera
équivalente dans les 2 cas. Ce ne sont pas ces aciers qui entraînent une surconsommation.
Au niveau des aciers transversaux, la section du cadre « bleu » de la solution double cadre
doit être équivalente aux sections du cadre + 2 épingles de la solution préfabriquée
traditionnelle.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
58 / 84
Les aciers de montage étant en plus dans la solution préfabriquée « traditionnelle ».
On se rend donc bien compte que les aciers surlignés en rouge sont le surplus d’acier de la
solution double cadre.
À partir de la solution de ferraillage de la solution préfabriquée traditionnelle, connaissant le
nombre de cadres utilisés, nous pouvons calculer la surconsommation d’acier.
Notre but est de comparer financièrement les solutions d’étaiement énoncées dans la partie
« Nécessité d’étudier l’optimisation de l’étaiement ». Seules les 4 premières solutions seront
étudiées pour l’instant.
Nous avons fait l’étude sur 8 poutres. Les 8 poutres proviennent de structures « types » de
parking et bureaux qui seront la base de toute notre étude.
L’étude des poutres ainsi que les plans de nos structures « type » sont inclus en annexes.
Conclusion de l’étude :
En moyenne, nous avons donc une surconsommation d’acier d’environ 7,5 % entre une
solution préfa. traditionnelle et une solution double cadre, sans élargissement de la poutre.
Cette valeur de 7,5 % sera utilisée pour déterminer les coûts de nos différentes solutions. Il
faut aussi prendre en compte le fait que l’on utilise plus d’étais en phase provisoire lorsque la
poutre sert d’appui des prédalles.
6.3.3.2. Comparaison poutre préfabriquée traditionnelle / poutre cadre trapézoïdal :
Avec le même raisonnement, nous pouvons affirmer que la solution avec cadre trapézoïdal
entraîne une surconsommation d’acier liée aux charges provisoires plus importantes. La
géométrie n’entraîne pas de surconsommation. L’étude approfondie nous donnerait une
surconsommation légèrement inférieure à 7%.
Fig 6.3.3.2.-1 Cadre rectangulaire
ABIS Antoine
Fig 6.3.3.2.-2 Cadre trapézoïdal
PFE / Juin 2008
59 / 84
Conclusion :
Pour conclure l’étude des poutres permettant l’appui des prédalles ou DAP, avec un appui
libre de 9 cm et 12cm respectivement, on peut distinguer 2 cas :
- le cas où les dimensions de béton sont suffisantes et la surconsommation d’acier
atteint une moyenne de 7.5 %. On peut aussi faire une étude au cas par cas pour
déterminer la surconsommation d’acier de manière très précise. Il faut de plus tenir
compte de l’augmentation du nombre d’étais en phase provisoire (on double
quasiment tout le temps).
- le cas où les dimensions de béton sont insuffisantes. Dans ce cas, la poutre sera élargie
(jusqu’à 7cm de chaque côté) et cette partie élargie ferraillée aux environs de 60 kg /
m3 (valeur de ferraillage pour des consoles courtes).
Cette étude nous permet donc de connaître le surcoût lié aux poutres.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
60 / 84
7. Impacts d’une solution d’étaiement optimisée sur la main
d’oeuvre
7.1. La chrono-analyse
Le service des méthodes a pour mission, entre autres, d’organiser et d’optimiser le processus
de réalisation du gros oeuvre des chantiers. Afin de mesurer l’état de productivité des
chantiers, il est possible de recourir à un outil simple : la chrono-analyse. Cette méthode
consiste à relever le temps d’accomplissement d’une tâche, auquel on fera correspondre une
quantité. La détermination de ce temps permet de connaître parfaitement la durée d'une tâche
et, par extension, celle de réalisation d'un ouvrage.
Très peu employée au sein d’Ouvrages Publics, cette méthode est néanmoins très utilisée par
les autres entités du groupe et notamment par Bouygues Habitat. Cette différence est due à la
difficile standardisation des éléments en ouvrages publics, contrairement à l’habitat, où les
tâches sont plus répétitives. Cependant, on retrouve des tâches similaires d’un chantier à un
autre.
La chrono-analyse a plusieurs objectifs aussi bien économiques que techniques.
Premièrement, elle permet d’évaluer de manière précise le coût d’une tâche. Le service
« Etudes de prix » utilise les temps établis pour chiffrer les futures affaires.
Deuxièmement, elle permet de mettre en valeur les tâches difficiles en vue d’améliorer par la
suite le mode opératoire, la méthodologie, le matériel et les conditions de travail… Cette
constatation pousse à rechercher des solutions techniques innovantes afin d’améliorer les
temps de mise en oeuvre. C’est le cas de notre étude sur l’optimisation de l’étaiement.
Enfin, l’analyse des résultats permet de dégager les cadences d’avancement du chantier. Ces
cadences permettent par la suite d’établir des plannings performants et réalisables.
L’étude des temps élémentaires va nous permettre de donner une estimation du coût de main
d’œuvre pour une solution de plancher.
Nous verrons d’abord quels sont les différents temps utilisés puis comment nous en servir
pour évaluer un temps unitaire de main d’œuvre pour l’exécution d’un plancher. Enfin, nous
utiliserons ce temps unitaire pour déterminer le coût de la main d’œuvre.
7.1.1. Les différents temps utilisés
Les temps élémentaires :
Le temps élémentaire est le temps de réalisation d'une tâche élémentaire, exprimé par unité
fixée (mètre linéaire, mètre carré, mètre cube ou unité).
L’analyse des temps élémentaires établis peut faire apparaître des dysfonctionnements
éventuels, ce qui permettra ensuite d’apporter des améliorations.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
61 / 84
Les temps improductifs :
Les temps improductifs sont, par définition, des temps d'anomalies. Ils sont constitués des
temps divers à répartir lorsque la durée de l'une de ces situations a atteint plus de six minutes
consécutives.
Les temps répartis :
Les temps élémentaires et les temps unitaires intègrent les temps morts et les aléas de
chantier. Ceux-ci viennent se répartir proportionnellement à la durée de la tâche utile, dans la
mesure où ces temps n’excèdent pas 6 minutes. Ils correspondent aux temps nécessaires à la
réalisation de la tâche et que l’on retrouve quelle que soit la tâche. On y inclut généralement
les temps de repos, de recherche de matériel et de lecture de plan.
Les temps unitaires :
Le temps unitaire est le ratio indiquant le temps de main d’oeuvre nécessaire à la réalisation
d’un ouvrage élémentaire. Par exemple, si l’on considère l’opération de bétonnage d’une dalle
et le m² l’unité de l’ouvrage élémentaire, le temps unitaire de l’opération de bétonnage de la
dalle représente le temps nécessaire à un seul ouvrier pour bétonner 1m² de dalle. Ce temps
est un temps productif. Un temps unitaire de 0.09h/m² de bétonnage de dalle signifie qu’il faut
0.09h à un ouvrier pour bétonner 1 m² de dalle.
7.1.2. Méthodes d’observations
La méthode d’observation privilégiée est la méthode des observations instantanées. Elle
consiste à faire une photographie à un instant donné d’une situation, à intervalle régulier.
L’observateur indique alors la situation qui est réalisée au moment de l’observation.
On estime ainsi le temps pendant lequel une même situation a prévalu. Il faut pour cela se
fixer un pas d’observation. Plus ce pas sera petit, plus les intervalles seront petits donc la
mesure précise. Un pas de deux à trois minutes est bien adapté, pour l’observateur et pour
avoir une précision suffisante.
7.2. Utilisation des temps élémentaires - Détermination des temps unitaires
La réalisation d’un ouvrage se décompose en une liste de tâches élémenaires. Les temps
élémentaires de ces tâches sont connus. La somme de ces temps élémentaires nous donne
alors un temps de réalisation d’un ouvrage. Cette somme est un temps élémentaire. Afin de
prendre en compte les temps improductifs, on multiplie ce temps élémentaire par un
coefficient de complexité. Le résultat est alors le temps unitaire de la réalisation de l’ouvrage.
Le coefficient de complexité est une valeur difficile à évaluer. Bouygues Habitat a créé une
feuille EXCEL permettant de calculer ce coefficient, mais il découle d’expériences propres à
Habitat, non-transposables aux Ouvrages Publics.
L’utilisation de ces temps va nous permettre de déterminer le temps unitaire de mise en œuvre
d’un plancher ainsi que le coût de la main d’œuvre pour chaque solution d’étaiement. Sachant
que la quantité de matériels diffère d’une solution à une autre, la quantité de tâches va être
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
62 / 84
différente tout comme le temps élémentaire de la réalisation du plancher, d’où son temps
unitaire.
Cette étude présente une estimation de la main d’œuvre. Elle peut donner une idée des
différences de temps de main d’œuvre, notamment du gain possible quant à la suppression de
l’étaiement en rive.
À partir de différentes chrono-analyses réalisées au sein de Bouygues, nous avons pu faire
une moyenne de temps élémentaires pour chacune de ces tâches. Afin de déterminer le temps
nécessaire à la réalisation de notre plancher, il suffit d’indiquer nos quantités.
Un fichier EXCEL a été développé. Ce fichier est composé d’une feuille « entrée des
données » où l’on entre les quantités de matériels ainsi que les métrés. Une feuille « TE
prédalle » sert de bibliothèque de temps élémentaires, rangée par chantier et incluant une
moyenne. Enfin, une feuille « Résultats TE TU » fait une synthèse des temps élémentaires
pour chaque tâche en fonction des quantités rentrées dans la feuille « entrée des données » et
nous donne un temps unitaire de main d’œuvre pour la réalisation du plancher. Dans cette
feuille, le coefficient de complexité a été fixé à 1.50, forfaitairement. On dit que l’on a une
perte de 50% sur l’ensemble des tâches.
Une image de ce fichier est incluse en annexe.
On peut donc maintenant déterminer les TU de main d’œuvre pour nos différentes solutions
d’étaiement de planchers.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
63 / 84
8. Chiffrage des différentes solutions
Afin de déterminer quelle solution sera la plus économique, un chiffrage détaillé est
indispensable.
Le chiffrage des solutions d’étaiement devra prendre en compte le coût de location du
matériel, le coût des matériaux ainsi que le coût de la main d’œuvre.
8.1. Méthode de chiffrage de location du matériel
Afin de chiffrer le matériel, nous disposons d’un catalogue de matériel disponible, mis à
disposition par le GIE Matériel. Dans ce catalogue sont référencés les éléments les plus
couramment utilisés, avec leurs prix de location. Sachant que l’entreprise a toujours utilisé ce
matériel, nous limiterons notre étude au matériel proposé, sans pour autant laisser de côté une
solution nouvelle qui pourrait être meilleure.
Pour chiffrer le coût de location du matériel, il suffit d’en connaître la quantité, le coût de
location par unité et par jour, ainsi que la durée de location.
8.2. Chiffrage des matériaux
Pour chiffrer les matériaux, il faut tout d’abord en connaître la quantité.
Lors de la conception des poutres avec ACAPULCO, la note de calcul nous donne
directement la quantité de béton et d’acier des poutres. Le surplus d’acier lié à l’utilisation des
poutres comme appui de rive a été déterminé plus tôt dans la partie « Impact de la solution
d’étaiement optimisée sur les matériaux ».
Pour la quantité de prédalle et de béton à couler, un travail de métré sur les plans étudiés est
nécessaire.
Une fois les quantités connues, il suffit de prendre les hypothèses de coût des matériaux du
moment et de multiplier les prix unitaires par les quantités. Ainsi on en sort un coût total de
matériaux.
8.3. Chiffrage de la main d’œuvre
Pour chiffrer la main d’œuvre, nous avons à disposition les temps unitaires de mise en œuvre
des planchers, comme expliqué dans la partie « Impacts de la solution d’étaiement optimisée
sur la main d’œuvre ». Il suffit alors de multiplier le temps de main d’œuvre par le coût de
celle-ci par unité de temps.
Nous partirons de l’hypothèse que : 1 h de MO = 30 €.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
64 / 84
8.4. Développement d’un outil informatique
Un fichier EXCEL comprenant les détails des différents coûts a été développé.
Le fichier EXCEL est composé de :
-
-
-
une feuille « entrée des données », la plus importante pour l’utilisateur, où toutes les
données seront rentrées. Aucune donnée ne sera rentrée par l’utilisateur autre part que
dans cette feuille.
une feuille « Base de données » qui est masquée. Cette feuille est composée d’une
bibliothèque du matériel utilisé ainsi que leurs prix unitaires de location, leurs
caractéristiques. Cette feuille inclue aussi la liste des tâches pour la mise en œuvre
d’un plancher prédalle avec les temps élémentaires associés aux tâches. Cette feuille
peut être modifiée à chaque moment.
une feuille « Résultats TE TU », masquée, qui a pour but de calculer le temps
élémentaire puis unitaire de mise en œuvre du plancher prédalle.
une feuille « Synthèse des coûts » qui regroupe les différents coûts énoncés plus tôt.
Cette feuille permet de comparer les différentes solutions d’étaiement et choisit la plus
économique.
Ce fichier a été créé afin d’être utilisé par un utilisateur souhaitant comparé des solutions
d’étaiement de planchers.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
65 / 84
9. Application de l’outil de comparaison financière des solutions
Maintenant que l’outil a été décrit en détail, nous pouvons l’utiliser pour déterminer le coût de
différentes solutions d’étaiement.
Dans un souci de généralisation, nous allons étudier une trame « type » de parking, ainsi que
deux trames « type » de bureaux / commerces. Ces trames ont été incluses précédemment.
4 solutions d’étaiement différentes vont être comparées :
La solution 1, celle qui est actuellement utilisé par Bouygues, c’est-à-dire l’utilisation
de tour STAFLEX ALU avec poutrelle DOKA H20, avec étaiement des prédalles en
rive,
La solution 2, utilisant des tours STAFLEX ALU avec des poutrelles ERECTA ALU,
avec étaiement des prédalles en rive,
La solution 3, utilisant le même matériel que la solution 1 mais avec appui des
prédalles sur les poutres en rive,
La solution 4, utilisant le même matériel que la solution 2 mais avec appui des
prédalles sur les poutres de rive.
Ces 4 solutions ont été présentées de manière plus explicite dans le chapitre 5 « Nécessité
d’étudier l’optimisation de l’étaiement des planchers ».
L’étude des solutions va commencer par l’utilisation de la feuille EXCEL de conception de
l’étaiement pour en déterminer la quantité. Les plans d’étaiement seront présentés. Ensuite,
les informations caractéristiques du plancher mis en œuvre seront rentrées dans la feuille de
comparaison des solutions.
9.1. 1ère étude : Le parking type.
Voici les plans d’étaiement des 4 solutions dans le cas d’un parking « type ».
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
66 / 84
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
67 / 84
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
68 / 84
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
69 / 84
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
70 / 84
La première comparaison est faite en partant du principe que les poutres préfabriquées seront
ferraillées avec le surplus d’acier calculé au cas par cas. L’étude des poutres est incluse en
annexe.
Voici les résultats : Durée du cycle : 34 jours. Le plan de phasage est inclus en annexe.
CHANTIER : PARKING TYPE
Niveau : R-1
Coûts de la mise en œuvre du plancher
CAS 1
Q.
Total
CAS 2
Q.
Total
CAS 3
Q.
Total
CAS 4
Q.
Total
MATERIEL Location
Etaiement Prédalle / Poutre
Poutrelle DOKA H20
Poutrelle ALU ERECTA 68/200
STAFLEX ALU
Etai Euronorm 2T (jusqu'à 3m)
Etai Euronorm 2T (jusqu'à 4,5m)
Etai Ischebeck 4T (jusqu'à 2.45m)
116 U
58 U
48 U
0U
0U
567 €
3313 €
54 €
0 €
0 €
3935 €
Total
83 U
43 U
48 U
0U
0U
702 €
2456 €
54 €
0 €
0 €
3212 €
72 U
36 U
0
0
48 U
352 €
2056 €
0 €
0 €
403 €
2812 €
54 U
27 U
0U
0U
48 U
441 €
1542 €
0 €
0 €
403 €
2386 €
MAIN D'ŒUVRE
1957
4846
4292
1826
3025
Décoffrage
Manutention
Coffrage
Ferraillage
Coulage
Total
€
€
€
€
€
1453
4004
3621
1826
3025
15947 €
€
€
€
€
€
1252
3667
3353
1826
3025
13930 €
€
€
€
€
€
950 €
3161 €
2950 €
1826 €
3025 €
13123 €
11913 €
MATERIAUX
Plancher
Prédalle
Surplus prédalle
Châpe sur prédalle
944 m²
3,4 m²
138 m3
22656 €
82 €
13279 €
24 u
8881 €
944 m² 22656 € 944 m² 22656 € 944 m² 22656 €
3,4 m²
82 €
21 m²
515 €
21 m²
515 €
138 m3 13279 € 138 m3 13279 € 138 m3 13279 €
Poutres
Préfabriquée
Total
44899 €
TOTAL
Gain par rapport au cas 1
ABIS Antoine
24 u
8881 €
44899 €
24 u
9443 €
45893 €
24 u
9443 €
45893 €
64 780 €
62 040 €
61 828 €
60 191 €
-
2 740 €
2 952 €
4 589 €
4,2 %
4,6 %
PFE / Juin 2008
7,1 %
71 / 84
Hypothèse : Dans cette étude, aucun ripage de tour n’a été pris en compte. Toutes les tours
sont montées et démontées.
Résultats et commentaires
Comparaison des solutions 1 et 2 :
On peut voir que le fait d’utiliser les poutrelles ERECTA ALU 68/200 apporte un gain estimé
à 4.2 %. Cette solution innovante ne change en rien les habitudes des ouvriers, mais permet de
réduire efficacement la quantité de matériel, de sorte à gagner quasiment 3000 euros.
La solution 3 utilise les poutres comme appui de rive pour les prédalles, contrairement à la
solution 1, où elles sont étayées en rive.
Le gain financier potentiel est de 2952 euros, ce qui représente 4.6 % du coût de la solution 1.
La solution 4 est la solution dont le gain financier estimé est le plus important : 7.1 % des
coûts de la solution 1, ce qui fait plus de 4500 euros.
Répartition des coûts de plancher
Main d'œuvre ; 25%
1
2
Matériel ; 5%
3
Matériaux; 70%
Fig 9.1.-1 Répartition du coût du plancher
La répartition des coûts du plancher montre que le coût des matériaux prend une place très
importante (quasiment 70 % dans toutes les solutions), suivi par le coût de la main d’œuvre
(25 %).
Au niveau du tonnage de matériel à manutentionner, on a :
•
•
•
•
34.2 tonnes pour la solution 1
15.5 tonnes pour la solution 4 soit moins de la moitié de la solution 1 !
Le tonnage permet de bien se rendre compte du gain de main d’œuvre.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
72 / 84
Répartition du coût du plancher
Nous nous sommes intéressés à la répartition du coût du plancher de manière plus précise,
afin de voir quelle importance prenait la main d’œuvre. L’étude comparative a été effectuée
entre les cas 1 et 4. Voici les résultats :
Matériel ; 6%
Prédalle ; 35%
Main d'œuvre ; 25%
1
2
3
4
5
Poutres préfa. ; 14%
Châpe sur prédalle ; 20%
Fig 9.1.-2 Schéma de répartition du coût d’un plancher pour le cas 1
Le temps de mise en œuvre du plancher du cas 1 est estimé à : 0.52 h/m²
On s’aperçoit que la main d’œuvre compte pour 25 % du coût total du plancher ! Sachant que
la différence entre les solutions réside principalement dans cette section, on comprend bien
quel impact une diminution de matériel de moitié peut avoir.
Location matériel; 4%
Main d'œuvre ; 20%
Prédalle ; 38%
1
2
3
4
5
Poutre préfa. ; 16%
Châpe sur prédalle ; 22%
Fig 9.1.-3 Schéma de répartition du coût d’un plancher pour le cas 4
Le temps de mise en œuvre du plancher du cas 1 est estimé à : 0.39 h/m². Ce qui fait un gain
de 25 % !
La main d’œuvre ne représente cette fois plus que 20 % de la solution. Elle est passée de 25 à
20 % entre les solutions 1 et 4.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
73 / 84
Étude détaillée de la main d’œuvre
Le coût de la main d’œuvre est proportionnel au temps unitaire de mise en œuvre du plancher.
La main d’œuvre est le paramètre qui peut très vite varier, suivant les problèmes rencontrés.
Un gain de 25 % sur ce paramètre sensible est donc très positif.
La mise en œuvre du plancher est divisée en 4 tâches principales que sont :
L’étaiement
La mise en place des prédalles
Le ferraillage du plancher
Le bétonnage
L’étude à partir des tâches élémentaires et des temps élémentaires correspondants nous
permet d’obtenir leur répartition :
Répartition des tâches sur la mise en oeuvre du plancher
Bétonage ; 21%
Mise en place
prédalles ; 16%
1
2
3
Ferraillage ; 13%
4
Etaiement ; 50%
Fig 9.1.-4 Répartition des tâches au niveau de la mise en œuvre du plancher cas 1
Mise en place des
prédalles ; 22%
Bétonnage ; 29%
1
2
3
4
Ferraillage ; 17%
Etaiement ; 32%
Fig 9.1.-5 Répartition des tâches au niveau de la mise en œuvre du plancher cas 4
En comparant les cas 1 et 4, on voit que la part liée à l’étaiement passe de 50 à 32 % du temps
total de mise en œuvre du plancher. Sachant que le coût de la main d’œuvre correspond à 25%
du coût total de plancher, on comprend bien que l’économie que l’on fait est conséquente.
Cela est vérifié par l’étude détaillée.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
74 / 84
Une deuxième comparaison est faite en partant du principe que 50 % des tours d’étaiement
sont ripées.
Voici les résultats : Durée du cycle : 34 jours. Le plan de phasage est le même que
précédemment.
CHANTIER : PARKING TYPE
Niveau : R-1
30% de ripage de tours
CAS 1
Q.
Total
CAS 2
Q.
Total
CAS 3
Q.
Total
CAS 4
Q.
Total
MATERIEL Location
Etaiement Prédalle
Poutrelle DOKA H20
STAFLEX ALU
116 U
58 U
48 U
0U
0U
567 €
3313 €
54 €
0 €
0 €
3935 €
Total
83 U
43 U
48 U
0U
0U
702 €
2456 €
54 €
0 €
0 €
3212 €
72 U
36 U
0
0
48 U
352 €
2056 €
0 €
0 €
403 €
2812 €
54 U
27 U
0U
0U
48 U
441 €
1542 €
0 €
0 €
403 €
2386 €
MAIN D'ŒUVRE
1957
4846
4292
1826
3025
Décoffrage
Manutention
Coffrage
Ferraillage
Coulage
Total
€
€
€
€
€
1453
4004
3621
1826
3025
14819 €
€
€
€
€
€
1142
3293
3145
1826
3025
13110 €
€
€
€
€
€
868 €
2884 €
2796 €
1826 €
3025 €
12431 €
11400 €
MATERIAUX
Plancher
Prédalle
Surplus prédalle
944 m²
3,4 m²
138 m3
22656 €
82 €
13279 €
24 u
8881 €
944 m² 22656 € 944 m² 22656 € 944 m² 22656 €
3,4 m²
82 €
21 m²
515 €
21 m²
515 €
138 m3 13279 € 138 m3 13279 € 138 m3 13279 €
Poutres
Préfabriquée
Total
44899 €
TOTAL
ABIS Antoine
24 u
8881 €
44899 €
24 u
9443 €
45893 €
24 u
9443 €
45893 €
63 652 €
61 220 €
61 136 €
59 276 €
-
2 432 €
2 516 €
4 376 €
3.8 %
4,0 %
PFE / Juin 2008
6,9 %
75 / 84
Nous obtenons sensiblement les mêmes résultats que précédemment, c’est-à-dire un gain
potentiel qui peut varier de 4 à 7 % du coût total du plancher selon les solutions d’étaiement.
Le fait de riper 50 % des tours nous fait économiser au niveau de la mise en œuvre mais pas
de façon considérable.
Au niveau de la répartition des tâches sur la mise en œuvre du plancher, nous avons :
Mise en place
prédalles ; 16%
Mise en place des
prédalles ; 22%
Bétonage ; 21%
Bétonnage ; 29%
Ferraillage ; 13%
1
1
2
2
3
3
4
4
Ferraillage ; 17%
Etaiement ; 50%
Etaiement ; 32%
Cas 1 sans ripage
Cas 4 sans ripage
Mise en place
prédalle ; 23%
Pose prédalle; 28%
Coulage ; 23%
Coulage; 28%
Ferraillage ; 14%
1
1
2
2
3
3
4
4
Etaiement ; 19%
Etaiement ; 35%
Ferraillage; 17%
Cas 1 avec 50 % de ripage
Cas 4 avec 50 % de ripage
Fig 9.1.-6 Répartition des tâches au niveau de la mise en œuvre du plancher
Les temps unitaires de mise en œuvre de plancher avec 50 % de ripage de tours sont de :
0.48 h / m² pour le cas 1
0.37 h / m² pour le cas 4
Contre : 0.52 h / m² pour le cas 1 et 0.39 h / m² pour le cas 4 dans le cas où aucune des tours
n’est ripée soit une réduction respective de 7 et 5 %.
•
•
•
•
10.8 tonnes pour la solution 4 soit moins de la moitié de la solution 1 !
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
76 / 84
9.2. 2ème étude : Les bureaux / commerce type 1.
Les plans d’étaiement de cette solution sont inclus en annexe. De même que les plans de
zones ainsi que le phasage.
CHANTIER : BUREAU TYPE 1
Niveau : R+1
CAS 1
Q.
Total
CAS 2
Q.
Total
CAS 3
Q.
Total
CAS 4
Q.
Total
MATERIEL Location
Etaiement Prédalle
Poutrelle DOKA H20
STAFLEX ALU
78 U
80 U
39 U
48 U
0U
0U
314 €
537 €
786 €
54 €
0 €
0 €
1692 €
Total
66 U
33 U
48 U
0U
0U
443 €
665 €
54 €
0 €
0 €
1163 €
36 U
18 U
0
0
80 U
145 €
363 €
0 €
0 €
672 €
1180 €
22 U
11 U
0U
0U
80 U
84 €
127 €
0 €
0 €
672 €
883 €
MAIN D'ŒUVRE
Décoffrage
Manutention
Coffrage
Ferraillage
Coulage
1123 €
2474 €
2911 €
507 €
1697 €
950 €
2210 €
2679 €
507 €
1697 €
345 €
1255 €
1963 €
507 €
1697 €
257 €
1107 €
1846 €
507 €
1697 €
Total
8713 €
8043 €
5768 €
5415 €
262 m²
1,72 m²
61 m3
477 m²
1,72 m²
6288 €
41 €
5656 €
22800 €
82 €
262 m² 6288 €
1.72 m²
41 €
61 m3 5656 €
477 m² 22800 €
1,72 m²
82 €
262 m² 6288 €
7,74 m²
186 €
61 m3 5656 €
477 m² 22800 €
8.6 m²
411 €
24 u
5088 €
MATERIAUX
Plancher
Prédalle
Surplus prédalle
DAP
Surplus DAP
Poutres
Préfabriquée
Total
40 156 €
TOTAL
ABIS Antoine
24 u
5088 €
40 156 €
24 u
5293 €
40835 €
262 m²
6288 €
186 €
5656 €
477 m² 22800 €
8.6 m²
411 €
24 u
5293 €
40835 €
50 497 €
49 362 €
47 783 €
47 133 €
-
1 135 €
2 714 €
3 364 €
2.2 %
5.4 %
PFE / Juin 2008
6.7 %
77 / 84
Une grande différence avec la trame de parking type réside dans l’utilisation de DAP sur plus
de la moitié de l’étage. L’utilisation de DAP entraîne un véritable changement au niveau de
l’étaiement, car ces dalles alvéolaires ne sont étayées qu’en rive (ou pas du tout si elles
s’appuient sur les poutres).
Le gain estimé avec la solution 2 atteint 2.2 %, quasiment la moitié de ce que nous avons
estimé dans le cas du parking. Cela est dû au fait que l’on utilise forcément des poutrelles
ALU pour l’étaiement des DAP. La différence ne réside alors que dans l’étaiement des
prédalles. Voilà pourquoi le gain estimé est plus faible.
En revanche, les gains estimés avec les solutions 3 et 4 sont respectivement de 5.4 et 6.7 %,
soit la même estimation que dans le cas de la trame type de parking.
La répartition des tâches au niveau de la mise en œuvre du plancher est intéressante à étudier.
Voici ce que nous obtenons :
Bétonage ; 22%
Mise en place
prédalles et DAP ;
21%
1
2
Ferraillage ; 6%
3
4
Etaiement ; 51%
Fig 9.2.-1 Répartition des tâches sur la mise en œuvre du plancher cas 1
Bétonnage; 38%
Mise en place des
prédalles et DAP ;
38%
1
2
3
4
Ferraillage ; 11%
Etaiement ; 13%
Fig 9.2.-2 Répartition des tâches sur la mise en œuvre du plancher cas 4
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
78 / 84
L’étude de la répartition des tâches montre à quel point le fait d’utiliser les poutres comme
appuis de DAP influence les méthodes de mise en œuvre. En effet, l’étaiement, qui compte
pour la moitié dans le temps de mise en œuvre du plancher cas1, ne compte que pour 13 % du
temps de mise en œuvre du plancher cas 4 ! Les méthodes de chantier sont donc totalement
changées. L’étaiement se déplace sous les poutres, et n’est effectué qu’à l’aide d’étais
simples. Cela localise la descente de charges et facilite de manière très importante l’étaiement.
Les temps de mise en œuvre du plancher sont de :
0.36 h/m² pour le cas 1
Soit une réduction de 39 % pour la solution 4 par rapport à la solution 1 !
Cette grande réduction est due au fait que les DAP ne sont pas du tout étayées dans la solution
4. Seules les poutres le sont.
•
•
•
•
2.6 tonnes pour la solution 4 soit 7 fois moins que la solution 1 !
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
79 / 84
9.3. 3ème étude : Les bureaux / Commerces type 2.
CHANTIER : BUREAU TYPE 2
Niveau : R+1
CAS 1
Q.
Total
CAS 2
Q.
Total
CAS 3
Q.
Total
CAS 4
Q.
Total
MATERIEL Location
Etaiement Prédalle
Poutrelle DOKA H20
STAFLEX ALU
78 U
80 U
39 U
30 U
0U
0U
314 €
537 €
786 €
34 €
0 €
0 €
1671 €
Total
132 U
33 U
48 U
0U
0U
443 €
665 €
54 €
0 €
0 €
1586 €
36 U
18 U
0
0
75 U
145 €
363 €
0 €
0 €
630 €
1138 €
22 U
11 U
0U
0U
75 U
147 €
222 €
0 €
0 €
630 €
1000 €
MAIN D'ŒUVRE
Décoffrage
Manutention
Coffrage
Ferraillage
Coulage
1079 €
2304 €
2920 €
507 €
1668 €
905 €
2040 €
2689 €
507 €
1668 €
301 €
1073 €
1955 €
507 €
1668 €
212 €
926 €
1838 €
507 €
1668 €
Total
8477 €
7808 €
5504 €
5151 €
262 m²
1,72 m²
61 m3
477 m²
1,72 m²
6288 €
41 €
5656 €
22800 €
82 €
262 m² 6288 €
1.72 m²
41 €
61 m3 5656 €
477 m² 22800 €
1,72 m²
82 €
262 m² 6288 €
7,74 m²
186 €
61 m3 5656 €
477 m² 22800 €
8.6 m²
411 €
15 u
7447 €
MATERIAUX
Plancher
Prédalle
Surplus prédalle
DAP
Surplus DAP
Poutres
Préfabriquée
Total
42 515 €
TOTAL
ABIS Antoine
15 u
7447 €
42 515 €
15 u
7781 €
43323 €
262 m²
6288 €
186 €
5656 €
477 m² 22800 €
8.6 m²
411 €
15 u
7781 €
43323 €
52 665 €
51 909 €
49 966 €
49 474 €
-
756 €
2 699 €
3 191 €
1.4 %
5.1 %
PFE / Juin 2008
6.1 %
80 / 84
Conclusion :
Nous pouvons tirer les mêmes conclusions que dans la solution 3. Cependant, les gains
estimés sont un peu moins importants, mais restent entre 5 et 6 % ce qui n’est vraiment pas
négligeable.
9.4. Conclusion sur l’étude des trames « type » de parking et bureaux.
L’étude économique nous a permis d’estimer un gain potentiel d’environ 7 % pour la solution
4, de 4.5 % pour la solution 3 et 3 % pour la solution 2, par rapport à la solution 1.
La solution 2 apporte un gain financier de 3 %, sans pour autant changer les habitudes des
ouvriers et des ingénieurs.
Les solutions 3 et 4 se distinguent par l’utilisation des poutres comme appui de rive pour
l’élément préfabriqué. Ceci implique une disposition de ferraillage spécifique. La solution
double cadre semble être la solution la plus aisée à mettre en œuvre pour le préfabriquant ou
sur chantier. De plus, il est nécessaire de commander une longueur d’élément préfabriqué
(prédalle ou DAP) spécifique, qui permette un appui conséquent sur l’élément porteur.
Au niveau de la mise en œuvre, cette solution est beaucoup plus pratique et permet de réduire
nos temps unitaires de mise en œuvre du plancher de manière importante (jusqu’à 40 % pour
la solution 4 !). Ceci est dû au fait que les charges sont concentrées sur la poutre, qui nécessite
un étaiement effectué à partir d’étais simples ; la mise en place d’étais simples étant beaucoup
plus rapide que la mise en place de tours (plus de 3 fois plus rapide).
Cependant, cette solution nécessite un plan de contrôle sur chantier. Il doit être appliqué dans
le but de vérifier l’appui minimal de l’élément préfabriqué sur l’élément porteur.
Il faut sensibiliser l’équipe « Travaux » en charge de l’exécution du chantier afin que ce
contrôle soit correctement effectué.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
81 / 84
Conclusion
Rappelons les différentes solutions optimisées d’étaiement avant d’établir nos conclusions :
La solution 1 correspondant à la solution actuellement utilisée par Bouygues Ouvrages
Publics, les trois autres étant les solutions optimisées.
L’optimisation de l’étaiement des planchers implique l’utilisation des porteurs
(poutres en béton armé dans notre étude) comme appui de rive pour les éléments préfabriqués
en béton ainsi que l’utilisation de poutrelles en aluminium très résistantes (à l’effort tranchant
et au moment fléchissant). Une étude sur plusieurs trames « type » de bâtiment a été menée.
L’observation de la main d’œuvre montre un gain de 25 à 40 % sur le temps de mise
en œuvre de plancher de la solution 4 par rapport à la solution 1. En effet, réduire la quantité
de matériel d’étaiement agit directement et de façon importante sur le temps total de mise en
œuvre du plancher. Les gains sont de 17 à 33% pour la solution 3 et de 8 à 13% pour la
solution 2, par rapport au temps total de mise en œuvre du plancher de la solution 1.
L’étude des différentes solutions d’étaiement sur ces trames type a pu mettre en
évidence un gain financier estimé à 7% pour la solution 4, à 4,5 % pour la solution 3 et 3 %
pour la solution 2, par rapport au coût total de la solution 1, actuellement utilisée par OPB. En
plus d’une réduction du temps unitaire de mise en œuvre, on arrive donc à dégager un gain
potentiel financier significatif.
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
82 / 84
Réduire le matériel d’étaiement permet de circuler et de travailler beaucoup plus
facilement (voir photo qui suit). La sécurité est accrue car les postes de travail en hauteur sont
diminués. Cela diminue la quantité de matériel lourd à monter et permet aussi de réduire les
zones de stockages, ce qui peut être utile notamment pour des chantiers en zone urbaine.
La seule conséquence est la mise en place d’un système de contrôle strict sur chantier
pour vérifier l’appui minimal de l’élément préfabriqué sur le porteur. Le service Travaux doit
être sensibilisé à ce point particulier. Sans cela, les solutions optimisées d’étaiement ne sont
pas réalisables.
Les réductions de main d’œuvre et de coûts de construction passent par
l’externalisation des tâches. En effet, la main d’œuvre sur chantier doit être utilisée de
manière limitée afin d’éviter les évènements aléatoires qui peuvent retarder le chantier.
La validation des solutions optimisées d’étaiement et de leurs avantages nécessite leur
application sur chantier et un retour par le service travaux. Nous pourrons donc finaliser notre
conclusion quant aux avantages qu’elles apportent.
Etaiement simplement en travée
- Dispositif que l’on souhaite voir sur nos futurs chantiers
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
83 / 84
Bibliographie
[1] OPPBTP, Etaiement des planchers de bâtiment, OPPBTP éditions, 1990
[2] FFB, Guide du coffrage et de l’étaiement, Fédération Française du Bâtiment, 2005
[3] CSTB, CPT « Planchers » Titre 2 Dalles pleines confectionnées à partir de prédalles
préfabriquées et de béton coulé en oeuvre, Cahier du CSTB, 2000
[4] CSTB, CPT « Planchers » Titre 3 Planchers confectionnés à partir de dalles alvéolées
en béton précontraint, Cahier du CSTB, 1996
[5] CRAMIF, Eléments en béton de grande dimension, Caisse Nationale de l’Assurance
Maladie des Travailleurs Salariés, 1991
[En ligne] Disponible sur www.cramif.fr
[6] Site Internet de l’INRS : www.inrs.fr
[7] Site Internet de RECTOR : www.rector.fr
[8] Site Internet de KP1 : www.kp1.fr
[9] Site Internet de JALMAT : www.jalmat.fr
[10] Site Internet de MILLS : www.mills.fr
ABIS Antoine
PFE / Juin 2008
84 / 84

optimisation de l`etaiement optimisation de l`etaiement des planchers

Transcription

Documents pareils

Nouveau plancher haut de sous-sol et garage

1-18 - E Corpus

Treillis soudé - Spécial planchers

CAP492220 Entrées de tube auto.

Logement Gambetta- Tourcoing

AFFINE - 19 rue Réaumur

FICHE PRODUIT Ref. : PPP01 Piste de Danse TANGO Intérieur

Changer ses planchesrs - Restauration d\`une 2cv AZPO de 1958