Gros œuvre : un thème à plusieurs facettes 2009/01.05

Le gros œuvre constitue pour ainsi dire le système nerveux central du bâtiment. Qu'il s'agisse de constructions souterraines ou en surface, ces dernières années ont été marquées par une quantité innombrable d'évolutions magistrales sur le plan des méthodes de construction. Ces développements des matériaux et l'explosion des performances qui en résulte repoussent de jour en jour les limites du secteur de la construction. La tour Burj Dubaï, qui culminera à plus de 800 m de hauteur, en est un parfait exemple.

Evolution des matériaux

Que ce soit sur le plan de ses composants (ciment, adjuvants, additions, …) ou de ses caractéristiques (armé, précontraint, autocompactant, …), le béton a connu un développement constant. Ainsi, à la fin des années '80, on pensait qu'obtenir une résistance de 100 N/mm² relevait de l'exploit, alors que certains types de bétons à ultra-hautes performances dépassent aujourd'hui la valeur de 500 N/mm².

L'acier a connu une évolution considérable également. Ce matériau, déjà utilisé par les Hittites, a sans cesse évolué au cours des siècles, ce qui a permis d'en accroître la qualité.

La géotechnique n'est pas restée dans l'ombre. En effet, l'évolution notable qui a caractérisé le secteur des machines a provoqué l'arrivée massive de nouveaux procédés d'exécution d'ouvrages géotechniques. Il suffit de penser au développement des vibrateurs à haute fréquence, des pieux vissés à refoulement de troisième génération, des tiges d'ancrage, clous et micropieux creux et autoforants et, plus récemment encore, à la technique du 'soil mixing' et aux inclusions rigides.

Il est bon également de signaler certaines améliorations technologiques majeures dans le domaine de la maçonnerie. Ainsi, à l'origine, la plupart des parois en maçonnerie étaient épaisses, monolithiques et réalisées à l'aide de 'terre cuite'. Ces murs pleins ont néanmoins été remplacés par des murs creux, qui offrent une meilleure protection contre les infiltrations d'eau. Plus tard, pour des raisons d'économie d'énergie, un isolant thermique a rempli, entièrement ou non, la coulisse. Depuis, de nouveaux matériaux et de nouvelles méthodes de mise en œuvre ont fait leur apparition sur le marché (blocs de béton, béton cellulaire, éléments silicocalcaires, ...). Ainsi, la maçonnerie armée, spécialement conçue pour offrir à la structure une plus grande résistance à la traction, est née vers 1950. Plus tard, la maçonnerie collée est apparue à son tour, alliée à de nouvelles techniques de pose : pistolettage, trempage, mais aussi assemblage à sec d'éléments de maçonnerie (sans colle ni de mortier).

Planchers hybrides

Poste d'essai visant à tester la résistance au gel d'une maçonnerie de façade.
Outre leur fonction portante, les planchers ont de tout temps intégré diverses innovations. Ainsi, l'hypocauste de la Rome antique était un système de chauffage constitué de petites colonnes de briques et utilisé par un certain Gaius Sergius Orata pour chauffer ses viviers.

Dans nos contrées, les planchers étaient au départ réalisés à partir de bois, un matériau assez facile à trouver à un prix acceptable. Avec l'arrivée du béton armé à la fin du 19e siècle et du béton précontraint vers 1928, les planchers en bois perdent quelque peu de leur popularité au profit des planchers en béton. Le plancher préfabriqué est apparu après la Seconde Guerre mondiale. Le potentiel des hourdis creux et des prédalles a très vite éveillé la curiosité des entrepreneurs. L'installation rapide (et donc le gain de temps) ainsi que l'absence de recours systématique à un système de coffrage n'étaient effectivement pas pour leur déplaire.

A l'époque de l'industrialisation, bon nombre de solutions intéressantes ont également été développées pour les planchers traditionnels en bois massif. Il suffit de penser à l'apparition récente des planchers composés de bois lamellé (LVL), lamellé-collé, OSB, multiplex, … dont la facilité de pose et le poids limité constituent d'indéniables atouts.

Une autre tendance qui est apparue est celle des planchers hybrides, particulièrement adaptés aux travaux de rénovation. Ainsi, la liaison d'une chape en béton et d'un plancher en bois donne un plancher mixte 'bois-béton' offrant un gain de rigidité. Les planchers mixtes acier-béton (constitués d'une couche de béton sur un coffrage collaborant) comportent de nombreux avantages également. Dans ce contexte, la modélisation géométrique des tôles d'acier par la méthode des éléments finis a permis d'obtenir une plus grande stabilité lors du coulage du béton.

La NIT 223 consacrée aux planchers des bâtiments résidentiels et tertiaires a vu le jour en 2002 dans le cadre d'une vision globale des systèmes de construction. Ce document traite de la qualité et du choix du type de plancher, en tenant compte des performances souhaitées. On y présente également les types de planchers les plus fréquemment utilisés dans notre pays et on y formule des recommandations relatives à leur pose. Cette vision globale s'est exprimée également lors de la réalisation de la NIT 231 consacrée à la réparation et à la protection des ouvrages en béton.

Des fibres à la place des barres

Outre le béton traditionnel armé de barres, le béton renforcé de fibres, apparu au début des années '70, est devenu une valeur sûre pour les sols industriels à base de ciment. En l'absence de règles générales de calcul, l'utilisation de ce matériau novateur est toutefois longtemps restée limitée à ce type d'applications et à certains éléments préfabriqués.

Depuis quelques années, les méthodes de calcul ont connu une telle évolution que cette technique commence aujourd'hui à trouver sa place dans d'autres applications (planchers portants, p. ex.).

Durabilité

Le Comité technique 'Gros œuvre' s'est attelé depuis la création du CSTC à informer le secteur de la construction de l'évolution de la situation dans ce domaine. Ainsi, la Note d'information technique n° 2 était entièrement consacrée au contrôle de la fluidité du béton frais et la NIT n° 3 a traité de manière plus approfondie du contrôle sur cubes de la résistance à la compression du béton durci. Il s'agit effectivement de deux critères essentiels pour la qualité des ouvrages.

Les sujets tels que le béton armé et le béton précontraint occupent également et depuis toujours une place de choix dans les activités du Comité technique. Le nombre de publications qui y ont été consacrées au fil des années en est la preuve tangible.

Un autre sujet de recherche privilégié est celui de la durabilité du béton. Ainsi, sa résistance aux eaux agressives, chère aux spécialistes de l'épuration des eaux, a fait l'objet d'une publication dans les années '60.

Les techniques de coffrage n'ont pas été oubliées. Celles-ci ont en effet été abordées dans diverses Notes d'information technique et ont connu nombre d'évolutions marquantes, entraînant ainsi une amélioration radicale des méthodes de construction.

En ce qui concerne les techniques d'armature, le CSTC a publié, en 1969, la NIT 78 'Mise en place et arrimage des armatures dans les coffrages'. Ce document a été remplacé, en 2000, par la NIT 217 'Le ferraillage du béton', compte tenu des principes énoncés dans l'Eurocode 2 paru entretemps. En 1981, une autre publication importante est sortie de presse : il s'agit d'un catalogue des produits en acier fabriqués en Belgique et au Luxembourg, réalisé en collaboration avec le CBLIA (l'actuel Infosteel) et détaillant les propriétés des aciers pour béton.

Dans le domaine de la préfabrication, l'attention ne s'est pas limitée aux planchers en béton, mais a également porté sur les éléments de façade en béton préfabriqué. La recherche que le CSTC a consacrée sur le sujet concernait notamment les variations de teinte des éléments en béton décoratif.

Recyclage

Entretemps, les techniques de démolition des constructions en béton ont donné lieu à l'élaboration d'une Note d'information technique qui a focalisé l'attention sur le recyclage.

Afin d'informer toutes les parties impliquées dans le processus de construction au sujet des possibilités d'utilisation des produits recyclés, un bâtiment presque exclusivement constitué de matériaux recyclés a été construit à la fin des années '90 sur le site même de la station expérimentale à Limelette.

Auparavant, le CSTC avait participé à une étude concernant les possibilités de recyclage des débris de la ville algérienne d'El Asnam, détruite par un tremblement de terre en 1980. Une initiative semblable a été mise sur pied à la suite du séisme qui a ravagé le nord du Pakistan en octobre 2005.

Un Comité Technique qui creuse loin

Tests de tirants d'ancrage à échelle réelle.
Le Comité technique 'Gros œuvre' est extrêmement actif dans le domaine de la mécanique des sols. La preuve en est qu'un groupe de travail a été créé dès 1967 afin de mener des recherches en la matière.

L'une des premières actions de ce groupe a été l'élaboration de la NIT 58, laquelle expose les principes de détermination de la force portante des fondations au moyen du pénétromètre statique, une méthode devenue un standard en Belgique.

Diverses techniques de fondation et de blindage ont été passées en revue par la suite, et une étude a été menée en concertation avec le Comité technique 'Etanchéité' sur la protection des constructions enterrées contre l'humidité. D'autres publications traitaient, quant à elles, de l'exécution et de l'interprétation de diverses méthodes de reconnaissance du sol, de l'ingénierie géotechnique et des processus de mise en œuvre les plus récents, …

Depuis le début des années '90, divers groupes d'accompagnement créés au sein du Comité technique 'Gros œuvre' se penchent sur des thèmes de recherche tels que l'Eurocode 7, la stabilité des talus et des sols non saturés, les palplanches, les pieux vissés, les tirants d'ancrage et les techniques de soutènement.

Le groupe de travail 'Eurocode 7' finalise en ce moment un document consacré à l'application en Belgique de l'Eurocode 7 concernant le dimensionnement des pieux sous charge axiale sur la base d'essais de pénétration statique. Enfin, un rapport technique (en préparation) traitera en détail du rabattement de la nappe phréatique.

Ces groupes de travail apportent non seulement leur soutien à l'élaboration de publications, mais participent également à l'organisation de symposiums nationaux et internationaux ayant pour objet la géotechnique.

Murs creux

La fissuration des maçonneries portantes ou non étant une pathologie peu banale, le CSTC y a consacré toute une Note d'information technique. Les murs creux, qui se justifient techniquement en raison de leur meilleure étanchéité à la pluie, ont bénéficié d'une attention particulière au cours des dernières années (isolation thermique, liaison entre les parois intérieure et extérieure, …).

En outre, l'apparition de nouveaux types de briques a exigé dans certains cas que l'on établisse des directives de mise en œuvre spécifiques visant à améliorer la résistance au gel de la maçonnerie de parement (interaction brique-mortier de pose, p. ex.).

La préférence architecturale pour des portées de plus en plus grandes a également incité à rechercher des méthodes d'armature et de collage innovatrices pour les maçonneries.

Méthodes de calcul

Parallèlement aux méthodes d'exécution et aux propriétés des produits, nous nous intéressont également aux techniques de calcul. Ainsi, la NIT 68 a expliqué comment établir la charge de calcul d'un plancher. Par ailleurs, le gros œuvre faisant fonction de support pour le second œuvre, une NIT sur les déformations admissibles dans les bâtiments ne pouvait manquer à l'appel.

Il ne fait aucun doute que les activités du Centre dans ce domaine sont essentielles pour le secteur. Tout nouveau matériau exige en effet une méthode de calcul adaptée. Dans ce contexte, l'informatique a ouvert de nombreuses perspectives.

Développements futurs ?

Façade démontable, synonyme de flexibilité.
On attend en toute logique qu'un certain nombre d'évolutions importantes se manifestent dans le domaine des matériaux de gros œuvre. Ainsi, l'utilisation de béton à ultra-hautes performances dans certaines applications devrait avoir pour résultat la consolidation globale de cette technologie en Belgique, et l'utilisation plus fréquente du béton autocompactant devrait s'accompagner d'une plus grande facilité de mise en œuvre. Le développement de matériaux plus déformables (engineered cementitious composites ou ECC) devrait permettre aux structures de reprendre des déformations plus élevées sans rupture.

Dans le domaine de la durabilité, l'innovation dispose, là aussi, d'un excellent potentiel. Il suffit de penser au développement récent du béton à ultra-hautes performances, extrêmement peu poreux. D'autres moyens d'améliorer la durabilité du béton consistent à y introduire, sous contrôle, des inhibiteurs de corrosion, à adapter le choix du ciment en fonction de l'application, …

Les matériaux que nous utiliserons dans le futur seront vraisemblablement plus légers, autocicatrisants, plus facilement recyclables et seront peut-être même capables de purifier l'air.

A long terme, nous pourrions assister à la percée des matériaux synthétiques dans les éléments portants et à l'intégration des technologies du génie spatial dans la réalisation du gros œuvre. Ces structures intelligentes pourraient par exemple, grâce à des capteurs intégrés, nous fournir des renseignements sur leur état de conservation et s'adapter, si besoin est, aux performances souhaitées.

Que se passera-t-il sous terre ?

On peut également s'attendre à toute une série d'innovations applicables aux constructions souterraines. La raréfaction des terrains bâtissables nécessitera une utilisation optimale de l'espace disponible (sous-sol compris). Les travaux devront, en outre, être réalisés en veillant à nuire le moins possible à l'environnement et à alléger la pénibilité des tâches.

L'intégration progressive de l'Eurocode 7, quant à elle, contribuera à moyen terme à consolider l'harmonisation européenne, ce qui devrait renforcer la compétitivité des entreprises sur notre continent.

Des nouvelles méthodes de dimensionnement (basées sur des essais préalables ou sur l'analyse des risques, p. ex.) et des techniques de monitoring plus sophistiquées, fiables et abordables (monitoring à long terme, ...) feront probablement une percée dans le domaine de la géotechnique.

On s'attend également à l'introduction de nombreux matériaux nouveaux dans les éléments de fondation, qui permettront d'améliorer leurs performances structurelles, de limiter le risque de corrosion des armatures et de pérenniser l'ensemble. Nombre d'innovations majeures concerneront, selon toutes probabilités, les techniques de consolidation et d'amélioration du sol (réutilisation des boues, p. ex.).

Adaptabilité et éléments préfabriqués

Les développements futurs des produits et des techniques de maçonnerie seront vraisemblalement dédiés à l'amélioration de leurs performances thermiques et de leurs propriétés autonettoyantes. Sous l'effet des épaisseurs d'isolant croissantes, on assistera sans doute au retour du mur monolithique isolé et parachevé à l'extérieur.

Une préfabrication renforcée est de l'ordre du probable (parois extérieures en maçonnerie prêtes à poser). Cette tendance se manifestera assurément dans tous les travaux de gros œuvre. Il se peut dès lors que les activités de chantier se limitent, à plus ou moins long terme, au simple assemblage d'éléments de gros œuvre préfabriqués en usine. Ces éléments devraient, en outre, être conçus de telle sorte que l'on puisse réaliser des bâtiments adaptables permettant une structuration flexible de l'espace.