Coffrage Traditionnel de Voile en Construction : Guide Complet et Pratique

Le coffrage est un élément indispensable dans la construction d'ouvrages en béton. Il sert de moule temporaire pour contenir le béton frais jusqu'à ce qu'il durcisse et prenne la forme désirée. Le coffrage de voile, spécifiquement conçu pour les structures verticales telles que les murs et les voiles, joue un rôle déterminant dans la qualité et la durabilité des constructions modernes. Cet article explore en profondeur les différents aspects du coffrage traditionnel de voile, des matériaux utilisés aux techniques de mise en œuvre, en passant par les considérations de sécurité et les innovations récentes.

Rôle et Importance du Coffrage

Le coffrage a pour mission principale de maintenir et de contenir le béton frais jusqu'à son durcissement complet, tout en lui conférant la forme souhaitée. Il doit garantir la stabilité de l'ensemble pendant les opérations de coulage et de vibration, tout en respectant les tolérances d'exécution. Un coffrage bien conçu permet également la mise en place des armatures et facilite la vibration du béton, assurant ainsi une structure homogène et résistante.

Sur les chantiers, les coffrages, notamment les banches pour les ouvrages verticaux, sont si importants qu'ils ont donné naissance à l'expression "béton banché". Le choix du coffrage est généralement déterminé par l'entreprise d'exécution, en fonction des cycles de rotation définis par le service des méthodes. Cette conception doit intégrer divers éléments tels que la taille des coffrages, l'emplacement des reprises de bétonnage et le principe d'étaiement.

Conception des Coffrages

La conception des coffrages doit répondre à plusieurs exigences essentielles :

Rigidité et stabilité : Le coffrage doit être suffisamment rigide et stable pour supporter la pression du béton frais, en particulier dans le cas des bétons fluides ou autoplaçants, sans se déformer pendant la phase de vibration. Il doit assurer le maintien du béton jusqu'à sa prise et son durcissement.
Étanchéité : L'étanchéité est cruciale pour éviter les fuites de laitance, particulièrement en pied de banches et aux joints, ainsi qu'à l'ajustage des mannequins. Les fuites de laitance peuvent entraîner des défauts d'aspect et compromettre la qualité du béton.
Texture de surface : Le coffrage doit permettre d'obtenir la texture de surface souhaitée, en particulier pour les ouvrages architecturaux où l'esthétique est primordiale.
Décoffrage facile : Le coffrage doit être conçu pour être décoffré sans endommager le béton.
Non-absorbant : Le coffrage doit être non absorbant pour garantir la qualité du béton.
Sécurité : Le coffrage doit être stable pour garantir la sécurité sur le chantier.

La conception du coffrage est également fonction du nombre de réemplois prévus. En cas de réutilisation fréquente, l'altération de certains types de coffrages, notamment en bois, peut modifier leurs caractéristiques mécaniques et dimensionnelles, ainsi que l'aspect final du béton. Il est donc essentiel de prendre en compte la phase de démoulage pour éviter les épaufrures. Pour faciliter le dégagement, les coffrages comportent souvent des dépouilles ou des angles ouverts.

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Indéformabilité et Stabilité

L'indéformabilité du coffrage est primordiale pour garantir le respect des tolérances dimensionnelles de l'ouvrage. La conception doit tenir compte de la pression statique exercée par le béton, qui peut varier de 2 à 6 t/m² selon la hauteur du bétonnage, ainsi que des contraintes dynamiques liées à la vibration. Le coffrage doit également être stable face aux efforts du vent et aux chocs éventuels.

Étanchéité

Un coffrage est généralement constitué de la juxtaposition de panneaux ou d'éléments. L'absence d'étanchéité aux joints peut entraîner des fuites d'eau ou de laitance, provoquant des défauts d'aspect tels que des hétérogénéités de texture et de teinte, ainsi que des nids de cailloux. Pour les bétons destinés à rester apparents, l'étanchéité des coffrages doit être particulièrement soignée.

État de Surface

Le coffrage est le négatif de l'ouvrage à réaliser. Tout défaut de surface du coffrage se retrouvera donc sur le parement de l'ouvrage. Lors d'une utilisation répétitive du coffrage, il est important de maintenir un temps de coffrage identique pour chaque partie afin d'éviter des nuances de teinte d'un panneau à l'autre.

Sécurité

Les coffrages sont conçus pour assurer la sécurité des ouvriers, ainsi que l'accessibilité et le confort du poste de travail.

Les Différents Types de Coffrage

Le choix du coffrage dépend de plusieurs facteurs, notamment l'ouvrage à réaliser, la complexité de la forme et le nombre de réemplois. Voici les principaux types de coffrage utilisés en construction :

Coffrages en Bois

Le bois est l'un des matériaux les plus traditionnels pour la réalisation de coffrages. Facile à scier et à clouer, il offre de nombreux avantages pour les bétons apparents structurés et les ouvrages de formes complexes et non répétitives. Les planches utilisées doivent être suffisamment épaisses pour éviter le gauchissement (27 à 40 mm), tirées d'essences de bois exemptes de tanin, sèches et stabilisées. Pour certaines applications, on utilise des bois poncés, rabotés ou traités pour mettre en valeur le veinage.

Les coffrages en bois permettent la réalisation de bétons apparents de qualité, présentant des textures variées. Cependant, les caractéristiques du bois se modifient au cours des réemplois, ce qui peut influencer la teinte et l'aspect du parement. Le nombre de réemplois est donc limité.

Pour les surfaces importantes et planes, le coffrage peut être réalisé en panneaux de contreplaqué. Pour un grand nombre de réemplois, on utilise surtout des panneaux de type CTB-X (contreplaqué marine imperméable) en épaisseur de 16 à 19 mm, dont la surface peut être bakélisée pour augmenter encore sa longévité.

Le prix d'achat d'un coffrage de voile en bois varie entre 50 et 150 euros par mètre carré, tandis que la location se situe entre 5 et 15 euros par jour par mètre carré.

Coffrages Métalliques

Les coffrages métalliques, en particulier en acier, se sont considérablement développés dans le bâtiment. Ils permettent de rationaliser la mise en œuvre du béton et d'améliorer la productivité du chantier. Leurs possibilités de réemploi sont appréciables pour des éléments répétitifs tels que les voiles verticaux, les planchers et les poteaux.

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L'utilisation de raidisseurs permet la réalisation d'éléments de grandes surfaces. Ce type de coffrage a évolué pour répondre aux besoins spécifiques :

Coffrages modulaires
Coffrages repliables pour le transport
Tables coffrantes
Coffrages glissants, grimpants, à géométrie variable
Coffrages tunnels pour les programmes d'une certaine ampleur utilisant une trame déterminée
Banches support de prédalles

Les aciers donnent au béton une surface lisse. La conductibilité de l'acier favorise la dissipation de la chaleur due à l'hydratation du ciment, ce qui est un avantage par temps chaud. Inversement, par temps froid, le béton est moins bien protégé contre les chutes de température, ce qui peut nécessiter un calorifugeage du coffrage.

Le prix d'un coffrage de voile en métal est plus élevé, oscillant entre 100 et 300 euros par mètre carré à l'achat, et entre 10 et 25 euros à la location.

Coffrages en Matériaux de Synthèse

Les matériaux de synthèse sont surtout utilisés pour réaliser la peau du coffrage. Ils offrent une bonne qualité de parement et se démoulent facilement. Ce type de coffrage est intéressant pour l'obtention de reliefs variés, grâce à des matrices thermoformées en PVC ou en polyéthylène, ou à des matrices sculptées en polystyrène expansé. Le plastique est également utilisé pour la réalisation de coffrages modulaires de petites dimensions, manipulables à la main.

Le coffrage de voile en plastique est disponible à une fourchette de prix comprise entre 80 et 200 euros par mètre carré, avec une location journalière oscillant entre 10 et 25 euros par mètre carré.

Coffrages en Polystyrène

Le coffrage de voile en polystyrène repose sur des panneaux fabriqués à partir de polystyrène expansé. La légèreté du matériau facilite sa manipulation sur le chantier. Les propriétés isolantes du polystyrène en font également un choix adapté aux projets où la conservation de la chaleur est essentielle. Disponible au prix allant de 30 à 100 euros par mètre carré, ce type de coffrage présente l'avantage d'être économique, avec des tarifs de location variant généralement entre 3 et 10 euros par jour au mètre carré.

Coffrages Modulaires

Le coffrage de voile modulaire repose sur des panneaux préfabriqués, capables de s'adapter à différentes configurations. Sa modularité permet une utilisation efficace pour des structures variées, avec la possibilité d'ajuster facilement les dimensions selon les besoins du projet. En général, les prix d'achat se situent entre 50 et 200 euros par mètre carré, tandis que la location varie de 5 à 20 euros par jour le mètre carré.

Coffrages Spéciaux

Coffrages Grimpants : Pour les constructions hautes et répétitives, ces coffrages sont hissés à l'aide de vérins fixés au coffrage lui-même, s'appuyant sur la partie déjà bétonnée et durcie. Ils sont couramment utilisés pour les piles de ponts ou les réservoirs et sont souvent réalisés sur mesure.
Coffrages Glissants : Ces coffrages se déplacent en continu à faible vitesse, suivant les opérations de coulage du béton. Ils sont adaptés à la réalisation de structures élevées de géométrie simple, telles que les piles de ponts, les silos ou les glissières de sécurité en béton (GBA). Cette technique permet d'éviter les reprises de bétonnage.
Coffrages Verticaux : Utilisés pour la réalisation de murs, voiles et poteaux, ils sont composés d'une face coffrante en contreplaqué ou en acier, d'une ossature en métal ou en bois et d'un dispositif de réglage de la verticalité.
Coffrages Horizontaux : Dédiés à la réalisation des dalles et des poutres, ils sont réalisés sur mesure à l'aide d'un système composé d'étaiements, de poutres (primaires et secondaires) et de panneaux de contreplaqué ou de bois massif.

Coffrages Perdus

Les coffrages perdus sont très répandus pour la réalisation des éléments horizontaux. Ils offrent rapidité d'exécution, simplicité des matériels, intégration des armatures et manutention simplifiée. Le coffrage perdu le plus courant est la prédalle en béton armé ou précontraint, une plaque d'épaisseur de 5 à 7 cm, lisse en face inférieure et rugueuse en face supérieure pour assurer un bon accrochage du béton de 2ème phase. Les prédalles simplifient les opérations d'étaiement et d'armature, car elles contiennent l'ensemble des armatures de flexion positive.

Les prémurs sont des éléments coffrants comportant les deux faces du mur et reliés entre eux par des armatures. Après la mise en place, le réglage et la stabilisation de l'ensemble des éléments, le bétonnage de la partie centrale est réalisé.

Les Éléments Composant le Coffrage

La Peau Coffrante

La peau coffrante est la partie du coffrage en contact direct avec le béton. Sa qualité est déterminante pour l'esthétique du parement fini en béton. Elle est constituée de matériaux divers tels que le bois, l'acier, les élastomères et les matières plastiques. Le choix de ces matériaux dépend du nombre de réemplois du coffrage et de la complexité de l'ouvrage à réaliser, notamment la forme générale de l'élément, les reliefs et modénatures éventuels du parement, et l'aspect de surface du parement extérieur.

Une peau coffrante doit rester rigide et indéformable pendant les phases de coulage et de durcissement du béton, tout en absorbant au maximum les effets de la vibration et en restant imperméable à l'eau de gâchage du béton. Elle ne doit pas provoquer de réactions chimiques ni avec les agents de démoulage ni avec le béton.

Les Masques

Des masques sont insérés dans les coffrages pour ménager les ouvertures dans les voiles, comme les bâtis de porte métalliques ou les cadres en bois triangulés. Il est important que les masques ne se déforment pas sous l'effet de la poussée du béton. Ils comportent un fruit pour faciliter le décoffrage ainsi qu'un joint pour éviter toute fuite.

Préparation des Coffrages

La préparation des coffrages est une étape cruciale pour garantir la qualité et la durabilité de l'ouvrage en béton. Elle porte principalement sur les points suivants :

Positionnement et stabilité : Le positionnement du coffrage et sa stabilité doivent être vérifiés avant le bétonnage. Des cales, des taquets ou des vérins permettent une mise à niveau et un assemblage qui doivent être vérifiés avec soin. Les étais, assurant la stabilité au vent, doivent être correctement fixés et réglés.
Étanchéité : L'étanchéité entre les différents éléments constitutifs des coffrages est indispensable pour éviter les fuites de laitance et générer des défauts d'aspect. Elle est directement liée au bon positionnement des éléments constitutifs du coffrage et à leur assemblage. L'emploi de joints souples et de couvre-joints mis en compression par serrage constitue une solution efficace.
Nettoyage et entretien : Le coffrage doit être nettoyé pour éliminer tout ce qui peut constituer une source de salissures ou d'altération du béton. La surface du coffrage doit être traitée avec un agent de démoulage approprié et appliqué en couche régulière. Cette préparation est indispensable pour l'obtention d'un béton apparent régulier et pour éviter des phénomènes d'adhérence entraînant des arrachements lors du décoffrage.

Les Produits de Démoulage

Les produits de démoulage ont plusieurs fonctions :

Limiter les phénomènes d'adhérence du béton sur la peau coffrante.
Faciliter le décoffrage.
Protéger la surface coffrante en vue de son réemploi.
Faciliter l'entretien du coffrage.
Limiter la corrosion des coffrages métalliques.
Contribuer à l'obtention d'un parement de qualité.
Imperméabiliser les coffrages bois.

Les produits de démoulage se sont diversifiés, allant des huiles minérales aux émulsions, résines, cires et huiles végétales. Le choix du produit et sa bonne application ont une grande influence sur la qualité du parement, en particulier sur la teinte et le bullage. Les produits de démoulage doivent également ne pas adhérer au béton après sa prise, ni le tacher ou l'altérer, et permettre l'application ultérieure de revêtements sans nuire à leur adhérence.

Banche de Coffrage Souple : Une Alternative Innovante

La banche de coffrage souple, fabriquée en nitrile, est une alternative légère et innovante aux coffrages traditionnels en bois ou en acier. Elle facilite et sécurise les opérations de coffrage des voiles de béton, grâce à sa flexibilité et sa facilité d'adaptation. Cette solution, inspirée du coffrage de regard gonflable, permet une mise en place plus rapide sur le chantier, sans nécessiter de grue.

L'utilisation de matériaux légers réduit les coûts et les risques de troubles musculosquelettiques chez les opérateurs. De plus, le coffrage de banche souple est une solution plus écologique, car il réduit la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre associées à l'utilisation de grues. Enfin, le voile de béton peut être ajusté précisément à la forme désirée, minimisant ainsi les pertes de béton.

Mise en Œuvre du Coffrage de Voile

La mise en place des banches est une opération délicate qui nécessite une attention particulière pour garantir la sécurité et la précision du travail :

Préparation de la zone : Éliminez les débris, la saleté, les résidus de béton et autres contaminants de la banche et de ses accessoires. Inspectez la zone pour vous assurer qu'elle est libre de tout obstacle.
Inspection des dispositifs de sécurité : Assurez-vous que tous les dispositifs de sécurité, y compris les élingues et les anneaux de levage, sont inspectés et en bon état.
Marquage et traçage : Contrôlez si les attentes respectent une distance d'enrobage de 3 cm. Marquez les emplacements spécifiques ainsi que les ouvertures prévues. Identifiez et tracez l’emplacement des talonnettes.
Stabilisation : Définissez précisément où positionner les ossatures galva pour les lests béton, en respectant la distance requise par rapport à la face coffrante de la banche.
Levage et positionnement : Avant de lever la banche à l’aide de la grue, assurez-vous qu’aucun lien ne l’attache au sol. Une fois la banche bien positionnée, fixez les stabilisateurs aux lests en béton préalablement installés.
Assemblage : Assemblez les coffrages en utilisant des pinces à clavette ou des serrages d’alignement pour les panneaux modulaires, et par vis coniques pivotantes pour les banches-outils. Utilisez des outils mécaniques et sécuritaires.
Préparation des voiles : Placez les mannequins. Stabilisez chaque nouvelle banche du second train de banches en la solidarisant à sa jumelle déjà stabilisée au moyen des tiges entretoises traversantes. Vérifiez le serrage correct de chaque tige entretoise traversante avec écrous. Installez les barrettes en bout de voile pour finaliser l’encadrement.
Huile de décoffrage : Pulvérisez, sans excès, l’huile de décoffrage ou l’agent de démoulage approprié sur la face coffrante et les rives périphériques du coffrage, puis passez la raclette pour retirer l’excédent.

Calculs de Vérification du Coffrage

La vérification de la résistance et de la déformabilité du coffrage est essentielle pour garantir la sécurité et la qualité de l'ouvrage. Les calculs suivants sont couramment utilisés :

Pression du béton frais : Selon la formule de CEB-FIP, p = γc·h·k1·k2, où γc est le poids volumique du béton, h est la hauteur de bétonnage, k1 est le coefficient tenant compte de la vitesse de bétonnage et k2 est le coefficient tenant compte de la température du béton.
Contrainte normale dans le coffrage : σn = Mmax/eI, où I est le moment quadratique du coffrage. On prend I = e^3/12 pour une section rectangulaire.
Contrainte tangentielle dans le coffrage : τt = Vmax/A, où A est l'aire du coffrage. On prend A = eL pour une section rectangulaire.
Contrainte équivalente dans le coffrage : Selon la théorie de von Mises, σeq = √(σn^2 + 3τt^2).
Vérification de la résistance du coffrage : On compare la contrainte équivalente avec la contrainte admissible du bois.
Déformation du coffrage : Selon la théorie de la flexion, δmax = MmaxL^3/(48EI).
Vérification de la déformabilité du coffrage : On compare la déformation maximale avec la flèche admissible du coffrage. On prend une flèche admissible égale à L/300, soit 0.033 m.

Coffrage Traditionnel de Voile en Construction : Guide Complet