Armature de joint des planchers à prédalles

Les planchers porteurs en béton sont souvent réalisés à l’aide de prédalles, généralement soutenues de mur à mur. Aux jonctions entre prédalles adjacentes, il est indispensable de prévoir une armature de joint, que le plancher soit conçu pour porter dans une ou deux directions. Cette armature est constituée de barres droites, disposées perpendiculairement au joint longitudinal sur le chantier, dans un plan parallèle à celui des prédalles. Cet article traite de l’objectif et du dimensionnement de cette armature de joint.

Portant dans une seule direction

Selon l’Eurocode 2 [1] un plancher principalement soumis à des charges uniformément réparties peut être considéré comme portant dans une seule direction s’il a soit deux bords libres (sans appuis) sensiblement parallèles, soit s’il constitue la partie centrale d’un plancher pratiquement rectangulaire, appuyé sur quatre côtés, dont le rapport entre le côté le plus long et le côté le plus court est supérieur à deux. Les prédalles utilisées dans les planchers portant dans une seule direction doivent être pourvues d’une armature transversale dont la section est au moins égale à 20 %  de celle du armature principale [1]. Cette armature transversale est disposé perpendiculairement aux armatures principales (au-dessus ou en dessous de celle-ci) dans un plan parallèle à celui des prédalles et sert à limiter la formation de fissures longitudinales.

Pour les planchers en prédalles portant dans une seule direction, une armature de joint non-structurelle est suffisante. Selon le NIT 223 [2], celle-ci doit recouvrir l’armature transversale dans les prédalles. La longueur de recouvrement l0 est calculée conformément à l’Eurocode 2 (voir plus loin). La longueur de l’armature peut être déterminée à partir de la figure 1 [2]. Il faut tenir compte de la distance entre les prédalles (la largeur du joint) et de la distance entre l’extrémité de l’armature transversale dans les prédalles et le bord longitudinal des prédalles. La valeur maximale de cette dernière est fixée par la norme de produit [3]. Pour les bords longitudinaux chanfreinés (fig. 2), cette valeur est de 100 mm, et pour les bords non-chanfreinés, elle est de 50 mm (fig. 1). L’armature de joint non-structurelle n’a pas nécessairement besoin de dépasser la première poutre treillis à côté du joint [2]. Il existe des treillis soudés spécifiquement fabriqués pour les planchers en prédalles conçus pour porter dans une seule direction (tableau 1 et fig. 3). La plupart des fabricants de prédalles peuvent fournir ces treillis de joints à la demande de l’entrepreneur.

Porteur dans deux directions

Dans les planchers en prédalles conçus pour supporter des charges dans deux directions, il est nécessaire d’assurer le transfert des moments de flexion et des forces de cisaillement à travers les bords longitudinaux des prédalles. Il faut alors prévoir une armature de joint structurelle qui doit recouvrir l’armature transversale structurelle dans les prédalles. L’armature de joint structurelle doit, de chaque côté du joint, dépasser au moins jusqu’à la première poutre treillis à côté du joint [2]. Cela est nécessaire car l’Eurocode 2 exige une armature transversale dans la zone de recouvrement pour s’opposer aux efforts transversaux de traction. Cette armature doit couper la surface de reprise entre les prédalles et la couche de compression. Si le diamètre des barres de recouvrement est inférieur à 20 mm, il peut être supposé sans justification que les poutres treillis présentes dans la zone de recouvrement remplissent cette fonction de manière suffisante [1].

Le dépassement au-delà de la première poutre treillis est également nécessaire pour éviter l’échec par délaminage. En effet, les prédalles ont tendance à se détacher de la couche de compression au niveau des joints sous l’effet de grands moments de flexion transversaux positifs (fig. 4). Cela se produit lorsque les contraintes dues à la courbure du plancher sont supérieures à la résistance de l’adhésion entre les prédalles et la couche de compression. Des recherches à la KU Leuven [4] ont montré que les planchers en prédalles massives avec une distance maximale entre la première poutre treillis et le joint de 400 mm peuvent être considérés, pour la conception, comme un plancher homogène. Les prédalles avec des blocs d’élégissement présentent un risque plus élevé de délaminage en raison de la surface de contact plus réduite entre les prédalles et la couche de compression. Des tests à la KU Leuven ont également montré que le risque d’échec par délaminage pour les prédalles avec des blocs d’élégissement est limité si la distance entre le joint et la première poutre treillis est limitée à 125 mm, et si le recouvrement est prévu dans une zone non soumise à délaminage, ce qui signifie que la longueur de recouvrement doit être déterminée à partir du centre de la première poutre treillis [4] (fig. 5). Des recherches supplémentaires sur la modélisation fiable du joint et l’étude du délaminage en tant que mécanisme d’échec sont en cours à la KU Leuven. En attendant, il est sûr de déterminer la longueur de recouvrement de l’armature de joint dans les planchers en prédalles massives également à partir du centre de la première poutre treillis (fig. 6). Une certaine prudence est nécessaire lors de l’utilisation de prédalles fabriquées avec du béton autocompactant dans des planchers qui portent dans deux directions.

Au niveau des joints, toute l’armature transversale structurelle du plancher en prédalles est interrompue. Cela signifie que le pourcentage de recouvrement au niveau des joints est de 100 % . Selon l’Eurocode 2, cela est permis pour l’armature structurelle uniquement si toutes les barres comportant un recouvrement sont situées dans un même lit. Cependant, cela est pratiquement impossible. La norme de produit [3] prend en compte cette situation spécifique et l’autorise. La validité de cette méthode est également confirmée par la KU Leuven [4]. Pour déterminer la section de l’armature de joint structurelle, il faut tenir compte du bras de levier réduit des forces internes [3].

Longueur de recouvrement

La valeur calculée de la longueur de recouvrement l0 de l’armature de joint chez les prédalles doit être augmentée d’un supplément ‘v’ qui tient compte du fait que les recouvrements ne se trouvent pas dans le même plan horizontal. Ce supplément est égal à la distance verticale entre l’armature transversale dans la prédalle et l’armature de joint (fig. 7) [2] [3]. Selon l’Eurocode 2, la valeur calculée de la longueur de recouvrement l0 doit être augmentée d’une longueur équivalente à l’espace libre entre les barres comportant un recouvrement si cet espace est supérieur à 4 Ø ou 50 mm. Cela est généralement le cas pour les planchers en prédalles. Le concepteur fait une hypothèse sûre en supposant que les barres d’armature de joint sont situées au centre des barres d’armature transversale dans les prédalles. Pour cette raison, le supplément ‘v’ doit être augmenté selon le NEN 6726-3 [5] d’une longueur égale à la moitié de l’espacement des barres transversales à ancrer dans la prédalle (‘s/2’ dans la fig. 7).

Une enrobage minimale sur l’armature de joint équivalente au diamètre des barres est requise pour transmettre les contraintes d’adhésion [1]. Cela signifie que des entretoises doivent être utilisées. Pour des raisons de durabilité, il peut être nécessaire de produire des prédalles avec des bords longitudinaux chanfreinés (fig. 2). Cela permet de garantir l’enrobage requise au niveau du joint sans avoir à utiliser des entretoises plus grandes.

Rôle du bureau d’études

Le bureau d’études chargé de réaliser l’analyse de stabilité conçoit le plancher porteur. L’ingénieur en stabilité détermine quelles parties du plancher portent dans une ou deux directions. Il définit notamment l’épaisseur du plancher porteur, la classe de résistance du béton, les sections de l’armature principale et transversale dans les prédalles et l’armature de joint, l’enrobage sur ces armatures, la distance maximale entre le joint et la première poutre treillis, le nombre de poutres treillis et leurs caractéristiques. Sur la base de ces données, le producteur de prédalles peut fabriquer les prédalles. Pour l’entrepreneur, il est important de savoir quelle doit être la longueur de l’armature de joint et quel est l’espacement à respecter. Ceux-ci doivent également être prescrits par le bureau d’études, en tenant compte des dispositions de cet article. [BHE]

Références

[1]              NBN EN 1992-1-1 : Eurocode 2 : Calcul des structures en béton – Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments

[2]              NIT 223 ‘Les planchers portants des bâtiments résidentiels et tertiaires.’, CSTC, mars 2002.

[3]              NBN EN 13747+A2:2010 + NBN B 21-606:2019+A1:2022 – Produits préfabriqués en béton – Prédalles

[4]              La KU Leuven étudie les prédalles – BETON 250, FEBE, décembre 2020.

[5]              NEN 6726-3:2024 – Aanvullende regels voor toepassing van vooraf vervaardigde betonproducten in constructies – Deel 3: Breedplaatvloeren.