Matériaux et méthodes

Matériaux et méthodes

Matériaux de fondation

Béton

Le béton est le matériau de fondation le plus utilisé au Québec. Il se compose de ciment Portland, de granulats (sable et pierre), d'eau et d'adjuvants.

Propriétés essentielles :

Mise en place :

Blocs de béton

Matériaux structuraux

Dans le choix des matériaux et méthodes de construction en fonction de la structure, de l'enveloppe et de la durabilité, cette section introduit Matériaux structuraux comme un cadre de décision technique pour le constructeur-rénovateur. Elle compare résistance, disponibilité, tolérances, assemblages et comportement au feu afin de choisir un matériau adapté au bâtiment et au Code. Les sous-sections sur Bois d'ingénierie, Bois massif et Acier de construction doivent être lues comme des points de vérification pratiques à consigner dans les plans, devis, contrats, rapports de chantier ou dossiers de garantie afin de réduire les reprises, les litiges et les écarts de conformité.

Bois d'ingénierie

Bois massif

Dimensions nominales et réelles (bois d'œuvre de charpente) :

Acier de construction

Utilisé pour les grandes portées (bâtiments commerciaux, garages, toits plats) :

Matériaux d'enveloppe

Dans le choix des matériaux et méthodes de construction en fonction de la structure, de l'enveloppe et de la durabilité, cette section introduit Matériaux d'enveloppe comme un cadre de décision technique pour le constructeur-rénovateur. Elle relie revêtements, toiture, fenêtres, pare-air, pare-vapeur et détails d'étanchéité aux risques d'infiltration et de condensation. Les sous-sections sur Revêtements extérieurs, Toiture et Fenêtres doivent être lues comme des points de vérification pratiques à consigner dans les plans, devis, contrats, rapports de chantier ou dossiers de garantie afin de réduire les reprises, les litiges et les écarts de conformité.

Revêtements extérieurs

Toiture

Fenêtres

Méthodes de construction courantes

Dans le choix des matériaux et méthodes de construction en fonction de la structure, de l'enveloppe et de la durabilité, cette section introduit Méthodes de construction courantes comme un cadre de décision technique pour le constructeur-rénovateur. Elle compare l'exécution traditionnelle, la préfabrication et les systèmes industrialisés selon précision, coordination, transport et séquence de chantier. Les sous-sections sur Construction traditionnelle (à ossature, sur chantier), Construction préfabriquée et Panneaux structuraux isolants (SIP) doivent être lues comme des points de vérification pratiques à consigner dans les plans, devis, contrats, rapports de chantier ou dossiers de garantie afin de réduire les reprises, les litiges et les écarts de conformité.

Construction traditionnelle (à ossature, sur chantier)

Construction préfabriquée

Panneaux structuraux isolants (SIP)

Isolation et pare-vapeur

Types d'isolants :

Pare-vapeur :

Finition intérieure

Plafonds et murs :

Revêtements de sol :

Points clés à retenir

7.1 — Matériaux et méthodes du béton

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé au monde. Sa composition, sa production et sa mise en place déterminent directement la performance structurale d'un ouvrage.

7.1.1 Formulation du mélange

La formulation du béton détermine les proportions de ciment, d'eau, de granulat fin (sable), de granulat gros (gravier ou pierre concassée) et d'adjuvants pour atteindre la résistance, l'ouvrabilité et la durabilité requises. Le rapport eau-ciment est le facteur unique le plus important influençant la résistance du béton.

Exemple de formulation pour une fondation résidentielle (25 MPa) :

7.1.2 Mise en place et cure

Les techniques de mise en place comprennent : la prévention de la ségrégation pendant le coulage, une consolidation adéquate (vibration) pour éliminer les vides d'air, et une cure appropriée pour maintenir les conditions d'humidité et de température nécessaires à l'hydratation. La cure doit se poursuivre pendant au moins 7 jours pour un béton de ciment Portland ordinaire.

7.2 — Acier d'armature

L'acier d'armature confère au béton une résistance à la traction, domaine où le béton est faible.

7.2.1 Types d'armatures

Les types courants comprennent : les barres d'acier déformées (armatures) de diverses nuances (limite élastique de 400 MPa et 500 MPa), le treillis métallique soudé (pour les dalles sur sol), et les torons de précontrainte (pour le béton précontraint).

Les barres sont désignées par leur taille métrique : 10M (11,3 mm de diamètre), 15M (16,0 mm), 20M (19,5 mm), 25M (25,2 mm), 30M (29,9 mm), 35M (35,7 mm), 45M (43,7 mm) et 55M (56,4 mm).

7.2.2 Enrobage et espacement

Le Code du bâtiment prescrit un enrobage minimal de béton au-dessus des armatures pour protéger contre la corrosion et le feu. L'enrobage varie de 20 mm pour les dalles à 75 mm pour le béton exposé au sol ou aux intempéries. L'espacement des barres doit permettre au béton de s'écouler autour des barres pendant la mise en place.

7.3 — Systèmes de coffrage

Le coffrage fournit un support temporaire au béton jusqu'à ce qu'il acquière une résistance suffisante pour se soutenir lui-même.

7.3.1 Types de coffrage

Le coffrage traditionnel utilise du contreplaqué et du bois d'œuvre assemblés sur place. Les systèmes de coffrage industrialisés comprennent : les systèmes modulaires à panneaux (p. ex. Peri, DOKA), le coffrage grimpant pour les structures élevées, le coffrage glissant pour le coulage vertical continu, et le coffrage tunnel pour les cellules répétitives.

7.3.2 Conception et sécurité

Le coffrage doit être conçu pour résister à la pression hydrostatique complète du béton frais, ainsi qu'aux charges de construction et aux charges de vent. L'effondrement d'un coffrage est un danger grave et une cause majeure de décès sur les chantiers de construction.

7.4 — Structures en acier

L'acier de construction offre un rapport résistance/poids élevé, une rapidité de montage et une grande flexibilité de conception.

7.4.1 Nuances et profilés

La nuance d'acier de construction courante au Canada est CSA G40.21 350W (limite élastique nominale de 350 MPa). Les profilés comprennent : les profilés à larges ailes (forme W), les profilés en C, les cornières (forme L), les sections structurales creuses (HSS — carrées, rectangulaires, rondes), et les tôles.

Exemples de profilés W courants :

7.4.2 Assemblages

Les assemblages en acier peuvent être : boulonnés (boulons haute résistance dans des assemblages par frottement ou par appui), soudés (soudures d'angle, soudures en rainure), ou une combinaison des deux. La conception des assemblages doit tenir compte des efforts, de la rigidité et de la facilité de construction.

7.5 — Construction en bois

Le bois demeure un matériau de prédilection pour la construction résidentielle et commerciale de faible hauteur au Québec.

7.5.1 Classement du bois d'œuvre

Le bois de charpente est classé pour usage structural selon les règles de la National Lumber Grades Authority (NLGA). Les classes courantes comprennent : Select Structural, No. 1, No. 2 et No. 3. Les estampilles de classement indiquent l'essence, la classe, la teneur en humidité et l'organisme certificateur.

7.5.2 Produits de bois d'ingénierie

Les produits de bois d'ingénierie comprennent : le bois lamellé-collé (BLC), le bois de placage lamellé (LVL), le bois de brins parallèles (PSL), le panneau de lamelles orientées (OSB) et le bois lamellé-croisé (CLT). Ces produits offrent une résistance supérieure, une stabilité dimensionnelle et une flexibilité de conception accrues par rapport au bois massif.

7.6 — Maçonnerie

La maçonnerie comprend la brique, le bloc de béton et la pierre, utilisés tant pour des applications structurales que comme revêtement.

7.6.1 Éléments de maçonnerie

Les unités de maçonnerie en béton (bloc de béton) sont disponibles en dimensions standards (p. ex. 200 mm × 200 mm × 400 mm) et en résistances variant de 10 MPa à 30 MPa. Les briques d'argile sont disponibles en diverses couleurs, textures et résistances à la compression.

7.6.2 Mortier

Le mortier lie les éléments de maçonnerie entre eux et accommode les mouvements mineurs. Les types comprennent : Type N (usage général), Type S (résistance supérieure pour applications structurales) et Type M (haute résistance pour applications sous le niveau du sol).

Proportions typiques des mortiers (volume) :

Complément A — Technologie avancée du béton

Dans le choix des matériaux et méthodes de construction en fonction de la structure, de l'enveloppe et de la durabilité, cette section introduit echnologie avancée du béton comme un cadre de décision technique pour le constructeur-rénovateur. Elle rattache formulation, cure, adjuvants, essais et mise en place à la résistance attendue et aux défauts difficiles à corriger après coup. Les sous-sections sur A.1 Ajouts cimentaires, A.2 Adjuvants chimiques et A.3 Méthodes d'essai du béton doivent être lues comme des points de vérification pratiques à consigner dans les plans, devis, contrats, rapports de chantier ou dossiers de garantie afin de réduire les reprises, les litiges et les écarts de conformité.

A.1 Ajouts cimentaires

Les ajouts cimentaires remplacent une partie du ciment Portland dans le béton, améliorant la performance et réduisant l'empreinte environnementale. Les ajouts courants comprennent : la cendre volante (sous-produit des centrales au charbon, améliore l'ouvrabilité et réduit la chaleur d'hydratation), le laitier de haut fourneau (sous-produit de la production de fer, améliore la résistance et la durabilité), la fumée de silice (sous-produit de la production de silicium, augmente la résistance et réduit la perméabilité), et le métakaolin (argile kaolinique calcinée, améliore la durabilité).

Dosages typiques :

A.2 Adjuvants chimiques

Les adjuvants chimiques modifient les propriétés du béton frais ou durci. Les types comprennent : les réducteurs d'eau (plastifiants et superplastifiants qui réduisent la teneur en eau tout en maintenant l'ouvrabilité), les retardateurs (ralentissent la prise pour le bétonnage par temps chaud), les accélérateurs (accélèrent la prise pour le bétonnage par temps froid), les adjuvants entraîneurs d'air (créent des bulles d'air microscopiques pour améliorer la résistance au gel-dégel), les inhibiteurs de corrosion (protègent l'acier d'armature contre la corrosion), et les adjuvants réducteurs de retrait (réduisent la fissuration due au retrait de séchage).

A.3 Méthodes d'essai du béton

Les essais de contrôle qualité du béton comprennent : l'essai d'affaissement (mesure l'ouvrabilité, ASTM C143), l'essai de teneur en air (mesure l'air entraîné, ASTM C231 pour la méthode par pression), l'essai de résistance à la compression (mesure la résistance à 7 et 28 jours, ASTM C39), l'essai de température (vérifie que le béton est dans la plage de température acceptable), et l'essai de rendement (vérifie que la quantité livrée correspond au bon de livraison).

Complément B — Systèmes structuraux avancés

Dans le choix des matériaux et méthodes de construction en fonction de la structure, de l'enveloppe et de la durabilité, cette section introduit ystèmes structuraux avancés comme un cadre de décision technique pour le constructeur-rénovateur. Elle présente les systèmes porteurs spécialisés comme des choix d'ingénierie exigeant tolérances, séquence de montage et contrôles documentés. Les sous-sections sur B.1 Béton post-contraint, B.2 Béton préfabriqué et B.3 Construction mixte acier-béton doivent être lues comme des points de vérification pratiques à consigner dans les plans, devis, contrats, rapports de chantier ou dossiers de garantie afin de réduire les reprises, les litiges et les écarts de conformité.

B.1 Béton post-contraint

La post-contrainte est une technique où des câbles en acier à haute résistance sont mis en tension après la cure du béton, appliquant une contrainte de compression au béton. Cela permet des portées plus longues, des dalles plus minces et un contrôle de la fissuration. Les applications comprennent les stationnements étagés, les dalles de plancher de tours, les ponts et les poutres de transfert. Les systèmes de post-contrainte peuvent être adhérents (les câbles sont injectés de coulis après la mise en tension) ou non adhérents (les câbles sont graissés et gainés, libres de se déplacer en permanence dans le béton).

B.2 Béton préfabriqué

Les éléments en béton préfabriqué sont produits en environnement d'usine contrôlé et transportés sur le chantier pour le montage. Les avantages comprennent : une qualité constante, un montage rapide sur place, une réduction du coffrage et de l'échafaudage, et une sécurité améliorée. Les produits préfabriqués courants comprennent : les dalles alvéolées, les poutres en double T, les poutres et poutrelles précontraintes, les panneaux de revêtement architecturaux et les escaliers préfabriqués.

B.3 Construction mixte acier-béton

La construction mixte combine des poutres en acier avec une dalle de béton, avec des connecteurs de cisaillement (goujons) soudés à la poutre en acier pour assurer l'action mixte. La dalle de béton agit comme la semelle en compression et la poutre en acier comme l'élément en traction, résultant en un système structural plus efficace que l'un ou l'autre matériau seul. La construction mixte est largement utilisée dans les bâtiments à étages multiples et les ponts.

Complément C — Détails de construction en bois

Dans le choix des matériaux et méthodes de construction en fonction de la structure, de l'enveloppe et de la durabilité, cette section introduit étails de construction en bois comme un cadre de décision technique pour le constructeur-rénovateur. Elle relie humidité, assemblages, protection, retrait et compatibilité des produits du bois à la durabilité de l'ouvrage. Les sous-sections sur C.1 Assemblages en bois, C.2 Bois lamellé-croisé (CLT) et C.3 Durabilité et protection contre l'humidité doivent être lues comme des points de vérification pratiques à consigner dans les plans, devis, contrats, rapports de chantier ou dossiers de garantie afin de réduire les reprises, les litiges et les écarts de conformité.

C.1 Assemblages en bois

La conception des assemblages est déterminante pour les structures en bois. Les types d'assemblages courants comprennent : les clous (les plus courants pour la construction légère, régis par le diamètre, la longueur et l'espacement des clous), les boulons (utilisés pour les assemblages plus lourds, nécessitant des distances minimales au bord et des espacements), les vis (les vis structurales gagnent en popularité pour leur haute résistance et leur facilité d'installation), les plaques de connexion métalliques (plaques de ferme pour les fermes manufacturées), et les connecteurs en bois (anneaux de fendage et plaques de cisaillement pour les assemblages en bois massif).

C.2 Bois lamellé-croisé (CLT)

Le CLT est un produit de bois d'ingénierie constitué de couches de bois de charpente orientées à angle droit et collées entre elles. Les panneaux CLT offrent : un rapport résistance/poids élevé, une stabilité dimensionnelle, une résistance au feu (la couche extérieure se carbonise lentement, protégeant les couches internes), une performance sismique (le poids léger réduit les forces sismiques), et des propriétés d'isolation thermique. Le CLT est de plus en plus utilisé pour les bâtiments de hauteur moyenne (jusqu'à 12 étages au Canada) comme alternative au béton et à l'acier.

C.3 Durabilité et protection contre l'humidité

Le bois est sensible à la pourriture, aux attaques d'insectes et aux dommages causés par l'humidité. Les stratégies de protection comprennent : l'utilisation de bois traité sous pression pour les applications exposées à l'humidité ou en contact avec le sol, le maintien de dégagements appropriés entre le bois et le sol (minimum 150 mm pour le revêtement, 450 mm pour les poteaux structuraux), la prévision de débords de toit et de gouttières adéquats pour diriger l'eau loin des murs, l'utilisation de membranes de bâtiment perméables à la vapeur qui permettent à l'humidité de s'échapper tout en bloquant l'eau liquide, et la conception d'une ventilation pour les cavités fermées (entretoits, vides sanitaires).

Complément D — Détails de construction en acier

Dans le choix des matériaux et méthodes de construction en fonction de la structure, de l'enveloppe et de la durabilité, cette section introduit étails de construction en acier comme un cadre de décision technique pour le constructeur-rénovateur. Elle met l'accent sur fabrication, boulonnage, soudage, levage, tolérances et protection anticorrosion lors du montage. Les sous-sections sur D.1 Normes de fabrication, D.2 Procédures de montage et D.3 Protection contre la corrosion doivent être lues comme des points de vérification pratiques à consigner dans les plans, devis, contrats, rapports de chantier ou dossiers de garantie afin de réduire les reprises, les litiges et les écarts de conformité.

D.1 Normes de fabrication

La fabrication de l'acier doit être conforme aux normes CSA W59 (Construction en acier soudé) et CSA S16 (Calcul des charpentes en acier). Les exigences clés de fabrication comprennent : la traçabilité des matériaux (certificats d'usine correspondant aux numéros de coulée), les tolérances dimensionnelles pour les longueurs des éléments, la contre-flèche et la rectitude, la qualité des soudures par des procédures et des soudeurs qualifiés, la préparation de surface et la peinture pour la protection contre la corrosion, et la protection lors de la manutention et du transport pour prévenir les dommages.

D.2 Procédures de montage

Le montage de l'acier exige une planification et une exécution rigoureuses. Les étapes clés comprennent : le choix de la grue en fonction du poids des éléments et de la portée, la conception et l'inspection des élingues, le montage séquentiel selon le plan de montage de l'ingénieur en structure, le contreventement temporaire pour maintenir la stabilité pendant le montage, l'aplomb et l'alignement avant le boulonnage ou le soudage final, et l'inspection des assemblages critiques avant le relâchement de la grue.

D.3 Protection contre la corrosion

La protection contre la corrosion de l'acier de construction comprend : les systèmes de peinture (apprêt + couche intermédiaire + couche de finition, avec une épaisseur totale de film sec de 150 à 300 microns selon l'exposition), la galvanisation (revêtement de zinc par immersion à chaud, offrant une protection sacrificielle), l'acier patinable (Cor-Ten, qui forme une couche d'oxyde stable limitant la corrosion ultérieure), et la protection cathodique (courant imposé ou anodes sacrificielles pour l'acier enfoui ou immergé).

Complément E — Détails de maçonnerie

Dans le choix des matériaux et méthodes de construction en fonction de la structure, de l'enveloppe et de la durabilité, cette section introduit étails de maçonnerie comme un cadre de décision technique pour le constructeur-rénovateur. Elle situe joints, armatures, ancrages, drainage et mouvements différentiels comme conditions de durabilité d'un mur performant. Les sous-sections sur E.1 Joints de mouvement en maçonnerie, E.2 Armatures en maçonnerie et Systèmes de fondation doivent être lues comme des points de vérification pratiques à consigner dans les plans, devis, contrats, rapports de chantier ou dossiers de garantie afin de réduire les reprises, les litiges et les écarts de conformité.

E.1 Joints de mouvement en maçonnerie

La maçonnerie se dilate et se contracte avec les variations de température et d'humidité. Les joints de mouvement (joints de retrait et joints de dilatation) accommodent ces mouvements et préviennent la fissuration. Les joints de retrait dans la maçonnerie en béton doivent être espacés de 6 à 8 mètres. Les joints de dilatation dans la maçonnerie en brique d'argile doivent être espacés de 10 à 12 mètres. Les joints doivent traverser complètement la maçonnerie et être scellés avec un scellant flexible.

E.2 Armatures en maçonnerie

La maçonnerie peut être armée avec des barres d'acier placées dans des alvéoles remplies de coulis pour améliorer la performance structurale. La maçonnerie armée est utilisée pour : les murs de soutènement, les murs de cisaillement dans les zones sismiques, les linteaux au-dessus des ouvertures, et les poteaux et pilastres. Le taux d'armature minimal varie selon l'application, mais se situe typiquement entre 0,2 % et 0,5 % de la section transversale.

Systèmes de fondation

Types de fondations utilisés au Québec :

Semelles filantes : Semelles continues en béton sous les murs porteurs. Largeur minimale : 300 mm pour les bâtiments de 2 étages, 400 mm pour 3 étages et plus. Profondeur sous le niveau du sol : minimum 1,5 m (profondeur de gel dans la majeure partie du Québec). Armature : deux barres 15M continues minimum.

Semelles isolées : Semelles individuelles sous les poteaux et les colonnes. Dimensions déterminées par la capacité portante du sol (typiquement 100 à 200 kPa pour un sol compétent). Armature : treillis de barres dans les deux directions.

Radier général : Dalle épaisse en béton couvrant l'ensemble de l'emprise du bâtiment. Utilisé pour les sols de mauvaise qualité ou lorsque le tassement différentiel est une préoccupation. Épaisseur typique : 300 à 500 mm avec une armature abondante.

Fondations sur pieux : Pieux battus ou forés pour transférer les charges à des couches porteuses profondes. Utilisés lorsque les sols de surface sont inadéquats. Types : pieux en béton, pieux en acier (profilés H), pieux en bois, pieux vissés.

Murs de fondation : Béton coulé en place ou blocs de béton. Épaisseur minimale : 200 mm pour le béton, 200 mm pour les blocs. Armature : barres verticales 15M à 600 mm pour les murs jusqu'à 2,5 m de hauteur. Imperméabilisation : hydrofugation avec membrane ou enduit liquide.

Technologie du béton

Formulation du béton : Le béton est spécifié par sa résistance à la compression à 28 jours (f'c). Résistances courantes :

Mise en place du béton :

Bétonnage par temps froid (sous 5 °C) :

Bétonnage par temps chaud (au-dessus de 25 °C) :

Systèmes de coffrage

Coffrage traditionnel : Bois d'œuvre et contreplaqué, assemblé sur place. Flexible mais à forte intensité de main-d'œuvre. Utilisé pour les formes complexes et les petits projets.

Coffrage industrialisé : Panneaux préfabriqués et étaiement. Montage rapide, haute qualité, réutilisable. Utilisé pour les murs, les dalles et les poteaux sur les grands projets.

Coffrage permanent : Coffrages isolants permanents (ICF). Blocs de polystyrène expansé (PSE) qui restent en place comme isolation après le coulage du béton. Valeur R : R-17 à R-26 pour les murs ICF standards.

Considérations de conception du coffrage :

Structures en acier

Types d'acier :

Assemblages :

Sécurité du montage de l'acier :

Construction à ossature de bois

Ossature à plateforme : La méthode standard dans la construction résidentielle au Québec :

Ossature avancée (optimisation de la valeur) :

Produits de bois d'ingénierie :

Systèmes de toiture

Toiture à forte pente (pente supérieure à 1:3) :

Toiture à faible pente (pente inférieure à 1:3) :

Finitions intérieures

Gypse (panneau de gypse) :

Carrelage :

Revêtements de sol :

Questions d'examen typiques

Réponse : 5 à 8 % d'air entraîné, obligatoire pour la résistance aux cycles de gel-dégel.

Réponse : 38 × 140 mm, utilisé pour les murs extérieurs porteurs avec isolation RSI 3,6.

Réponse : 6 mil (0,15 mm), installé du côté chaud de l'isolant.

Réponse : CSA S16.

Réponse : 20 à 25 MPa à 28 jours.

Réponse : U ≈ 0,8-1,2 W/m²K.

Réponse : Type N (usage général), Type S (structural), Type M (sous le niveau du sol).

Réponse : RSI ≈ 0,040 par mm.

Réponse : Minimum 1,5 m sous le niveau du sol.

Réponse : ASTM C39, à 7 et 28 jours.