Les tests de mise en forme
pour connaître les limites
LE PROJET INITIAL (à modifier)
LES DEUX FONT LA PAIRE
COLLABORATION PEDAGOGIQUE INTERFILIERES A L’ELABORATION DE PLUSIEURS PRODUITS À HAUTES PERFORMANCES
1 L’OBJET
Dans la progression vers la haute qualité et la maîtrise de techniques avancées de construction, dans le souci de la maîtrise des risques environnementaux, le présent projet prévoit :
La réalisation du CORBULOR, élément signalétique du lycée
La conception et la réalisation d’un mobilier urbain en BFUP
L’amélioration des performances du BTHR (béton à très haute résistance) de 2006
L’amélioration des performances du BAP (béton auto plaçant) de 2006
La maîtrise de la mise en œuvre de ces deux bétons
Le projet reprend la suite d’un travail d’initiation effectué en 2006, dans lequel les résultats, très encourageants, invitaient à un développement approfondi.
2 LES PARTICIPANTS AU PROJET
2.1 Le porteur du projet
Philippe WESTPHAL, professeur de génie civil chargé du laboratoire d’étude des matériaux et structures. Ingénieur de recherche
philippe.westphal@ac-strasbourg.fr ou philippe.westphal@gmail.com
tél. 06-86-91-88-38
2.2 Les professeurs participants :
16 professeurs en génie civil, physique - chimie, maçonnerie, arts appliqués
3 LE BESOIN
3.1 Pour le mobilier urbain
Les classes de MANAA (mise à niveau en arts appliqués) et STS DP (techniciens supérieurs design de produit), ainsi que celles du DSAA (diplôme supérieur en arts appliqués) ont besoin de travailler sur des thèmes en rapport à l’évolution des tendances de notre société et aux progrès techniques. Le béton esthétique, l’architectonique, constituent un domaine en plein essor, incontournable actuellement.
Les classes de première et terminales préparant au Brevet de Technicien Encadrement de Chantier (BTEC) ont souvent besoin, pour leurs projets, d’un produit à performances accrues permettant :
pour une part l’allègement de structures trop massives (mobilier urbain)
pour autre part la réalisation de pièces difficiles à réaliser compte tenu de l’étroitesse des coffrages, de la densité des armatures (notamment du fait de l’application de la réglementation parasismique) et de l’aspect fini devant être irréprochable.
La section disparaissant définitivement à l’été 2009, ils seront relayés par les sections de BAC PRO et les CAP maçonnerie.
Les classes préparant au brevet de techniciens supérieurs en bâtiment et en travaux publics forment des futurs encadrants de chantier (conducteurs de travaux) dont la gestion de la qualité de produit et de la qualité environnementale constitue une de leurs priorités.
Les classes de première et terminale préparant au baccalauréat STI génie civil manquent de projets réels pour leur motivation.
3.2 Pour l’optimisation de la restructuration du lycée
De nouveaux défis se présentent en génie civil et construction :
- La correspondance entre le produit souhaité et le produit fini, toujours très problématique sur les chantiers
- La gestion de la qualité environnementale et de la durabilité des ouvrages
- La prise en compte des risques naturels, notamment de la réglementation parasismique
Cette recherche de BHP rentre dans le grand projet de restructuration du lycée comme une contribution supplémentaire à l’élaboration de solutions techniques et de matériaux optimisant les futurs aménagements, dans un souci de développement durable, de maîtrise des risques environnementaux et de réduction des coûts de fabrication et d’exploitation des futurs bâtiments.
Des éléments prototypes seront d’ailleurs fabriqués et testés à cet effet, et montrés lors des journées « portes ouvertes », années 2009, 2010, 2011.
La conception et la mise en œuvre du mobilier urbain du futur lycée a été classée chantier école.
La conception et la mise en œuvre du Corbulor a été classé chantier école
L’optimisation de la restructuration du lycée a été classée chantier école.
4 L’ASPECT PEDAGOGIQUE
Dans le cadre de leur formation, les élèves en génie civil (BT encadrement de chantier, STI GC, techniciens supérieurs en bâtiment ou travaux publics, bac professionnel) sont amenés à travailler sur les matériaux, notamment par le biais de séances en laboratoire.
Chaque section, chaque niveau (seconde, 1ère, terminale, TS1, TS2) peut contribuer à la réalisation de phases d’étude et/ou d’expérimentation, complémentaires les unes aux autres, et nécessaires à l’obtention d’un produit ou d’un ouvrage.
La contribution à l’élaboration d’un produit à hautes performances s’est toujours avérée un facteur de motivation important.
Ce projet interclasses fait l’objet d’une observation pédagogique, car, expérimentale, elle préfigure le travail coopératif nécessaire à l’obtention d’un produit de haute qualité, la complémentarité entre les hommes selon leurs capacités, le système d’entreprise.
Un premier projet a été mené en 2006-2007 par les sections en génie civil (250 élèves y ont contribué) pour des résultats dont ils porteront la fierté au-delà de leur période scolaire.
En l’année 2008-09 ont été intégrés au projet :
Les sections de MANAA et les TSDP pour la conception du mobilier urbain
Les sections TSCV pour la conception et le suivi du CORBULOR
L’ensemble des élèves y travaillant représente maintenant près de 350 personnes.
5 L’ORGANISATION
La répartition des tâches est présentée en annexe n°1.
Elle s’effectue comme dans une entreprise, par des missions ordonnées par un chef de projet, sur la base des compétences de chaque niveau, à partir du niveau de technicité le plus élevé du lycée en la matière : la classe de deuxième année de technicien supérieur en bâtiment, dont la conception et le contrôle des BHP fait partie du programme officiel de formation.
Les TSDP prennent le rôle d’architecte.
Un workshop a été ouvert sur ENTEA SCOLASTANCE
Les élèves n’y ayant pas encore un accès aisé, ce sont les professeurs qui seront chargés de mettre à jour les contributions respectives et faire ainsi bénéficier des résultats aux autres.
La communication sera facilitée par l’intermédiaire des professeurs de laboratoire : Philippe WESTPHAL (TS, TGC et EC) et Alain JUNG (sections européennes).
Un planning sera affiché devant la porte du laboratoire pour suivre la progression des opérations.
6 LES AIDES
Nous allons bénéficier de l’accompagnement d’entreprises, notamment
Bureau des méthodes Vonau (Mr Vonau) : conception des coffrages
Béton FEHR (Mr Robach, Mr Kleck) : aide à la formulation et à la mise en œuvre des bétons spéciaux
Ciments CALCIA (Mr Herr, Mr Schall): fabrication et fourniture de ciments et liants spéciaux, type effix
Gravières et sablières HELMBACHER (Mr Remont, Mr Helmbacher) : fabrication et fourniture des granulats adaptés (fines, sables et gravillons)
Adjuvants et produits SIKA (Mr Cholet) : fourniture et aide à la mise en œuvre de produits de traitement
Adjuvants et produits AXIM (Mr Makla) : fourniture et aide à la mise en œuvre de produits de traitement
Fillers calcaire : CARMEUSE France (Mme C. Fizames) : fabrication et fourniture de fillers calcaires)
Fumée de silice : CONDENSIL : fabrication et fourniture de fumée de silice
Entreprise LAFARGE (Mr Guingot) : fourniture et aide à la mise en œuvre de béton fibré Ductal
Entreprise SEPIB (Mr Zandonella) : Préparation et fourniture des peaux de coffrage spéciales en plastique
Les contacts existent déjà, ce qui a permis d’entamer la démarche, notamment en matière d’étude des produits de base.
7 LE BUDGET
Ainsi que le projet se déroule sur 3 ans, le budget est réparti sur la même durée.
Un tableau récapitulatif a été placé en annexe n°4.
7.1 LES POSTES DE DEPENSE
Année 2008-09
Cette initiative donnera lieu à la vérification et la mise en conformité du matériel orienté « étude, fabrication et contrôle des bétons » du laboratoire génie civil du lycée.
Hors du budget entretien du lycée, un coup de pouce sera notamment donné dans l’amélioration des performances de certains matériels : malaxeur à béton, tests des mélanges ciment – addition – adjuvant – eau (prismes 40 x 40 x 160), contrôles des bétons frais, fabrication d’éprouvettes cylindriques, cubiques et prismatiques selon la réglementation européenne.
Année 2009-10
Fabrication des prototypes : matériaux (bétons spéciaux) et matériels de fabrication et mise en place.
L’action d’encadrement sera particulièrement intensifiée pour la fabrication des prototypes. Il est prévu de nombreux intervenants extérieurs et des visites de chantiers (dépenses de déplacements et indemnités de déplacement)
L’animation pédagogique portera surtout sur la mise en place et au test des procédures d’assurance qualité et de haute qualité environnementale de chantier.
Parallèlement, des opérations de formation d’adultes ont été programmées.
L’équipement du laboratoire en matériels de contrôle se poursuivra
Une action de bilan intermédiaire avec présentations et conférence.
Année 2010-11
Fabrication d’ouvrages améliorés et mise au point des procédures de contrôle et de suivi.
Actions de bilan, exposition, conférences.
7.2 LES RESSOURCES
Une partie du budget annuel (J1) attribué par le lycée Le Corbusier au laboratoire sera affecté à l’opération, car cette dernière, très transversale, touche toutes les sections et un bon nombre de chapitres incontournables des programmes respectifs à chaque filière.
Les projets CORBULOR et MOBILIER URBAIN ont été validés comme chantier école par la Région Alsace. Les dépenses y afférant sont donc prises en charge par cette dernière sur budget spécial.
De même les initiatives touchant à la restructuration du lycée, et notamment du laboratoire sont prises en compte par la Région Alsace, au titre de chantier école.
Les entreprises participantes apportent une contribution en matière de fourniture, échantillons et accompagnement. Leur investissement préfigure les relations suivies qu’elles sont nombreuses à demander dans le cadre d’une plateforme technologique sur la qualité de la mise en œuvre sur chantier « nouveaux matériaux – nouvelles perspectives ».
D’autres ressources ont été envisagées, notamment à travers la collecte de taxe d’apprentissage AGEFA PME.
L’Education Nationale et le Rectorat de Strasbourg apporteront leur contribution dans l’animation pédagogique en termes d’heures supplémentaires et de rétribution d’intervenants extérieurs, et en prise en charge du suivi et de la réalisation d’un document de bilan : Innovation pédagogique, atelier scientifique, projet environnement et développement durable.
8 LES DELAIS
La programmation de restructuration du lycée Le Corbusier a prévu la destruction de l’actuel laboratoire Génie Civil à l’été 2011. La date butoir du projet « les deux font la paire » a été fixée au 1er mai 2011, fête du travail, veille des examens de BTS et baccalauréat STIGC, qui eux-mêmes précéderont le démantèlement des installations et leur transfert dans un lieu provisoire.
9 LES REALISATIONS
La réalisation s’effectuera par étapes annuelles, avec, en gros la trame suivante :
- 2008-2009 : introduction au sujet et préparations, prise de contact avec les matériaux, conception des coffrages
- 2009-2010 : réalisation de prototypes, analyse des réussites et des problèmes
- 2010-2011 : prise en compte des résultats d’analyse, et réalisation de prototypes améliorés
Plusieurs démonstrations ont été prévues lors des journées « portes ouvertes » de mars 2009, 2010, 2011
9.1 Conception
9.1.1 Année 2009
Présentation de maquettes de mobilier urbain
Présentation du projet de CORBULOR et d’éléments de réalisation
Essais de moulage de différents mélanges, pour étude des aspects de surface et des couleurs
9.1.2 Année 2010
Présentation des premières ébauches de fiches de suivi haute qualité environnementale.
Présentation de fiches de procédure haute qualité
Présentation des coffrages et peaux spéciales
Présentation d’éprouvettes de béton
9.1.3 Année 2011
Présentation de fiches de suivi haute qualité et haute qualité environnementale
9.2 Béton frais
9.2.1 Année 2010
Coulage d’un prémur avec abouts en plexiglas, permettant de vérifier la correcte ouvrabilité du béton auto - plaçant mis en œuvre
Coulage d’une pièce mince de mobilier urbain en béton fibré
Conception parasismique et réalisation d’une pièce en béton armé fortement ferraillé
Réalisation d’un élément prototype du Corbulor
Réalisation d’un élément prototype de mobilier urbain
9.2.2 Année 2011
Coulage d’une plaque haute définition surfacique (bas et haut relief) en béton fibré polypropylène
Atelier de béton esthétique (joaillerie, décoration).
9.3 Béton durci
9.3.1 Année 2009
Contrôle à la compression et à la traction d’un BTHP fabriqué par les prescripteurs
Contrôle à la compression et à la traction d’un BTHP fabriqué par les utilisateurs
Contrôle à la compression et à la traction d’un BAP fabriqué par les prescripteurs
Contrôle du mélange ciment – addition – adjuvant sur barrettes 40x40x160
9.3.2 Année 2010
Essai de vieillissement accéléré d’une pièce réalisée (étude de la résistance à la dégradation anthropique)
Essais de résistance sur les bétons réalisés pour les prototypes.
9.3.3 Année 2011
Démoulage d’une plaque haute définition surfacique (bas et haut relief) en béton fibré polypropylène
Démoulage et assemblage d’un mobilier urbain
Atelier de béton esthétique (joaillerie, décoration).
10 LES PERSPECTIVES
Les résultats obtenus permettront de concevoir des structures prototypes associées à une démarche qualité qui seront proposées comme solutions constructives alternatives pour la restructuration du lycée.
La plupart des travaux seront achevés pour le début de l’été 2011, été qui marquera la fin du laboratoire génie civil actuel, qui sera détruit en septembre de la même année.
10.1Restructuration pédagogique
Dans la recherche d’une meilleure correspondance entre la qualité recherchée et la qualité obtenue, de même que dans celle de la transmission des consignes de réalisation, le lycée des métiers Le Corbusier, comportant quasiment toutes les filières de la construction à différents niveaux, se positionne à une charnière.
Il peut travailler, en l’améliorant, cette spécificité si cruellement déficiente sur les chantiers du BTP : « comment s’assurer de la qualité de la réalisation de chantier ? »
et « comment bénéficier de l’expérience acquise du chantier pour améliorer le produit ? »
Cet objectif ouvre de grandes possibilités tant dans le côté relationnel que dans celui de la précision des directives, et de la valorisation des retours d’expériences.
Cette initiative mets le pied dans un créneau à forte demande.
10.2Restructuration physique du Lycée
L’étape engagée en 2006 concerne à titre d’exemple les ouvrages de liaison entre les files de poteaux du bâtiment R, notamment soit la poutre apparente de la mezzanine du laboratoire en génie civil, de portée 10,00m, soit un mur expérimental en R4/Ra-Rb. L’action s’achèvera avec les essais de 2010 et 2011 sur les liaisons parasismiques.
Les perspectives seront alors ouvertes sur les ouvrages fortement sollicités du projet de restructuration, et notamment ceux en béton apparent.
Par ailleurs, l’exemple du lycée pourra être analysé et suivi au travers d’un équipement de certaines structures en capteurs et fenêtres pédagogiques. Les opérations de réalisation devant être filmées, l’on pourra suivre et mesurer à des fins pédagogiques l’évolution et le comportement d’un site dont on connaît les différents détails de réalisation.
10.3Mobilier urbain et Corbulor
Le domaine de l’utilisation des nouveaux bétons à des fins esthétiques a le vent en poupe actuellement (mobilier Stark, cabinet H20, Passaniti, …). Le lycée ouvre ses perspectives sur une avant-garde design d’objets stylisés d’une part en béton, d’autre part en assemblages multi-matériaux (plusieurs bétons différents, verre-béton, acier-béton, bois-béton, …).
Le béton d’aujourd’hui n’est plus celui de l’après guerre du 20ème siècle.
Ses caractéristiques le font entrer dans le domaine de la plasturgie.
11 L’ETAT D’AVANCEMENT FIN JUIN 2009
Le calendrier a été globalement respecté.
Les formulations de béton n’ont cependant pas été assez améliorées, et le travail sera repris avec les nouvelles équipes de STS bâtiment et STS Travaux Publics dès le mois de septembre 2009. Seront à ce moment mobilisées les aides méthodologiques de Béton FEHR, LAFARGE et CALCIA. Une nouvelle méthode de formulation sera testée.
Le matériel commandé pour tester et contrôler les bétons est arrivé au laboratoire.
Une nouvelle organisation de l’espace est en cours de réalisation, permettant un travail simultané d’un plus grand nombre d’équipes.
ANNEXE N°1
ORGANISATION DU TRAVAIL
| | Béton à très haute résistance + BFUP | | Béton auto plaçant + Corbulor |
| STS CV | | | Conception et contrôle du Corbulor |
| MANAA | Conception et contrôle du mobilier urbain maquettes | | |
| 2des ISI européenne | | | Dessin 3D Corbulor |
| 1 GC européennes | Dessin 3D | | Dessin 3D Corbulor |
| STS DP | Recherches d’effets spéciaux | | Améliorations à porter au design |
| | | | |
| TS2bat G1 | Etude du mélange ciment – addition – adjuvant Méthode des coulis Formulation améliorée du béton Gâchée in initiale | TS2bat G2 | Etude du mélange ciment adjuvant Méthode des coulis Formulation améliorée du béton Gâchée initiale |
| TS2TP G1 | Contrôle externe, de formulation, de fabrication, de performance | TS2TP G2 | Contrôle externe de formulation, de fabrication, de performance |
| TS1bat G1 | contrôle interne des caractéristiques des granulats, niveau 2 | TS1bat G2 | Contrôle interne des performances des granulats, niveau 2 |
| TS1TP G1 | Contrôle externe des caractéristiques avancées des granulats, niveau 2 | TS1TP G2 | Contrôle externe des caractéristiques avancées des granulats, niveau 2 |
| Ter STI GCa G1 | Composition d’un béton de référence ternaire | Ter STI GCa | Composition d’un béton de référence binaire |
| Ter STI GCb G1 | Vérification de la formulation du béton de référence binaire | Ter STI GCb | Vérification de la formulation du béton de référence ternaire |
| 1GCa G1 | Contrôle interne des performances des granulats, niveau 1 | 1GCa G2 | Contrôle interne des performances des granulats, niveau 1 |
| 1GCb G1 | Contrôle externe des performances des granulats, niveau 1 | 1GCb G2 | Contrôle externe des performances des granulats, niveau 1 |
| TEC 2008-09 | Fabrication et contrôle du béton frais Mise en œuvre Préparation des coffrages | | Etude et prévention des erreurs de chantiers Détermination des modes opératoires d’exécution |
| Professeurs (stage PAF et FIL) | Réalisation d’une pièce | Professeurs (stage PAF et FIL) | Réalisation d’une pièce |
| CAP Maçon | | | |
| Bac Pro | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
Des lignes vierges ont été laissées vierges pour les interventions non encore arrêtées dans leur contenu.
ANNEXE N°2
CAHIER DES CHARGES
BETON A HAUTES PERFORMANCES
| EXIGENCES | BTHP | BAP - BAN |
| Résistance à la compression | > 160 Mpa | C40/50 |
| Résistance à la traction | > 20 Mpa | |
| Ouvrabilité, essai d’étalement | F5 | F6 |
| Ouvrage | Poutre de 10m de portée, apparente, instrumentée | Prémur mince Nœud parasismique |
| Armatures | oui | oui |
| D | 16mm | 8mm |
| Dmax | 22,4 mm | 10mm |
BETONS ARCHITECTONIQUES
| EXIGENCES | Mobilier urbain | Corbulor |
| Résistance à la compression | > 250 Mpa | LC20/22 |
| Résistance à la traction | > 40 Mpa | |
| Ouvrabilité, essai d’étalement | F5 | F5 |
| Ouvrage | Eléments fins curvilignes 15 à | Elément à finition soignée, à réservations |
| Couleur | Blanche à pastel | anthracite |
| Armatures | fibres | oui |
| D | | 16mm |
| Dmax | | 20mm |
Fournisseur des granulats : Gravières Helmbacher
Granulats roulés Sable 0/4, gravier 4/8, gravier 8/16, sablon 0/1, sable 0/2
Granulats concassés Sable 0/4, gravier 4/8, gravier 8/16
Fournisseur des ciments : Ciments calcia
Ciment blanc CEM I 52,5 R (pour le BHP architectonique)
Ciment gris CEM I 52,5 N (pour le BAP, BTHP et le CORBULOR)
Mortier EFFIX pour le béton architectonique et le mobilier urbain
Fournisseurs des adjuvants : SIKA France et AXIM
Adjuvant polycarboxylate haut réducteur d’eau
Adjuvant retardateur
Agent de cohésion
Colorants minéraux
Fournisseur des fillers : société CARMEUSE FRANCE
Filler calcaire
Fournisseur des fillers : société CONDENSIL (VIKA France)
Fumée de silice densifiée
Fournisseur du Ductal : société LAFARGE
Ductal
ANNEXE N°3
BASE DE COMPOSITION DES BETONS HP
En date du 15 janvier 2009,
issue du projet abouti en 2007
| | BTHP | BAP-BAN |
| Sable 0/4R | | |
| Gravillon 4/8R | | |
| Gravier 8/16R | | |
| Ciment CEM I 52,5 R | 410 kg | |
| Fumée de silice / filler calcaire | | 100 kg |
| Réducteur d’eau / superplastifiant | 1,1% | 0,55% |
| Améliorant de cohésion | 0,2% | 0,3% |
| Eau totale | | |
BASE DE COMPOSITION DES BETONS ARCHITECTONIQUES
En date du 15 janvier 2009,
issue de recommandations CIMBETON
| | BFUP en cours | CORBULOR |
| Fibres | | |
| Sable 0/0,5 | 1020 kg | |
| Sable 0/4R | | |
| Gravillon 4/8R | | légers |
| Gravier 8/16R | | légers |
| Ciment CEM I 52,5 R | | |
| Fumée de silice / filler calcaire | | |
| Quartz broyé | | |
| Réducteur d’eau / superplastifiant | 1,5% | |
| Améliorant de cohésion | 0,2% | |
| Eau totale | | |
Annexe n°4
Budget détaillé
(le budget figurera dans ce document lorsqu’il aura été validé par le conseil d’administration du lycée)
ANNEXE N°5
QUELQUES PHOTOGRAPHIES
MOBILIER URBAIN
Travail de la section MANAA 2008-2009
Connaissance du matériau béton et de ses possibilités
Recherche de formes et intégration dans le contexte du lycée restructuré
Quelques autres références
H20 architects
Francesco Passaniti Martin Szekely
ANNEXE N°6
LE CORBULOR : ELEMENT SIGNALETIQUE
Travail de la section STI sur projet TS AA validé par le Conseil Régional
Elément en béton armé léger, de forme globale cubique, de hauteur 1m, représentant la lettre nommant le bâtiment (A, B, C, D, E, R, …).
La face supérieure sera constituée d’une plaque de béton fin représentant en micro relief le plan du lycée et la position du bâtiment dans le lycée
Le chanfrein sera constitué d’une plaque rapportée contenant une œuvre d’art en haut et bas relief incluant des éléments présentant l’activité menée dans le bâtiment considéré (bois, métal, architecture, béton, hydraulique, physique, …).
Travail des premières STI GC 2008-2009
Première approche sur maquettes
Travail des terminales STI GC 2008-2009
Recherche des caractéristiques géométriques sur chaque modèle : centre de gravité, masse
ANNEXE N°7
RESTRUCTURATION DU LABORATOIRE GC
ESSAIS SUR BETON A HAUTES PERFORMANCES
Travail des TS bâtiment et TS TP 2008-2009
Essai d’auscultation sonique
Essai de compression sur éprouvette cylindrique
Fabrication d’éprouvettes d’essai 40x40x160
Travail des terminales STI GC
Fabrication des bétons en formulations de référence (base travail pour l’amélioration en BTHP). Une couleur par formulation.
Travail des premières GC
Définition et contrôle des matériaux de base. Mesure de certains paramètres physiques
