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Les matériaux de construction construction 1 1 1 1ÈRE ÈRE ÈRE ÈRE ANNÉE GÉNIE C

Les matériaux de construction construction 1 1 1 1ÈRE ÈRE ÈRE ÈRE ANNÉE GÉNIE CIVIL ANNÉE GÉNIE CIVIL ANNÉE GÉNIE CIVIL ANNÉE GÉNIE CIVIL PROFESSEUR : HIND CHRAIBI PROFESSEUR : HIND CHRAIBI PROFESSEUR : HIND CHRAIBI PROFESSEUR : HIND CHRAIBI 1 Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. Un matériau est donc une matière de base sélectionnée en raison de Introduction Définition Un matériau est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise en œuvre en vue d'un usage spécifique. La nature chimique, la forme physique (granulométrie par exemple), l'état de surface, des différentes matières premières qui sont à la base des matériaux confère à ceux-ci des propriétés particulières. 2 Science des Matériaux En sciences des matériaux, il est possible de classer les matériaux de base en trois catégories, métaux, polymères et céramiques: Les métaux: ce sont des matériaux dont les éléments chimiques Introduction Les métaux: ce sont des matériaux dont les éléments chimiques ont la particularité de pouvoir former des liaisons métalliques et perdre des électrons pour former des cations (exemple : Fe -> Fe2+ ou Fe3+). Les polymères: L'étymologie du mot polymère vient du grec « pollus » plusieurs et « meros » partie. Un polymère est une macromolécule constituée d'un enchaînement répétitif d'un (ou plus) type(s) de monomère. 3 Exemples de polymères : Naturels: bois, papier, fibres végétales, laine, soie, caoutchouc naturel, etc. Artificiels: polyéthylène (PE, c’est le matériaux d’emballage par excellence); polypropylène (PP, c’est un plastique très dur qu’on Science des Matériaux Introduction excellence); polypropylène (PP, c’est un plastique très dur qu’on retrouve souvent dans les matériaux de plomberie), nylon, Téflon, PVC, etc. Les céramiques: composées d'éléments métalliques et non métalliques. Le groupe des céramiques englobe une vaste gamme de matériaux, comme les ciments, les verres, les céramiques traditionnelles faites d'argile, etc. 4 Matériaux Métaux Polymères Céramiques Métaux Métaux et Alliages métalliques : Fe, Al, Cu, Aciers, ... Composites Composites Polymères Composites : fils Polymères Composites Science des Matériaux Introduction Polymères Composites : fils d'aciers + caoutchoucs (Pneumatique) Polymères Composites Céramiques Composites : Béton armé Composites : fibres de verre, …. Céramiques et verres : Verre minéraux, … 5 Besoins physiologiques de l’Homme matériaux de construction traditionnels & technologiques Ingénieur et Matériaux de construction Introduction Diversité de matériaux qui doivent répondre aux exigences d’une construction : • Résistance • Durabilité • Respect de l’environnement 6 En Génie Civil : Distinction entre les matériaux suivant le mode d’emploi Matériaux de construction : des exemples •Pierres Introduction •Pierres •Terre cuite •Bois •Béton •Métaux, etc. Matériaux de protection : des exemples •Enduits •Peintures •Bitumes, etc. 7 L’ingénieur en génie civil doit connaître les matériaux quelque soit son domaine d’activité: Introduction 8 L’ingénieur doit faire un choix optimal des M.D.C. utilisés dans la réalisation d’un projet, en se référant à leurs propriétés, tout en prenant en compte les conditions d’économie et de sécurité. Propriété : toute valeur permettant de déterminer une caractéristique donnée. Introduction donnée. Exemple : •Mécaniques: contrainte, résistance, déformation, plasticité, etc…. •Physiques: dimensions, densité, porosité, •Chimiques: résistance à la corrosion, aux acides,… 9 Introduction Intensité d’une force appliquée sur une section donnée Contrainte : [σ] = Bar ou MPa Rappels Contrainte A retenir : 1 MPa = 10 daN/cm2 = 10 bar = 1 N/mm2 Exemples de contrainte: 10 La déformation qui résulte dans la direction de la force appliquée [ε] = % : Elastique si l’objet revient à sa position initiale en éliminant Déformation Rappels Introduction Elastique si l’objet revient à sa position initiale en éliminant la force appliquée Plastique si l’objet reste déformé après avoir ôté la force appliquée La plupart des matériaux sont élastiques sous l’application de faibles charges et deviennent plastiques quand la charge devient importante 11 La loi de Hooke : σ= E x ε avec ε= ∆l / l et E est appelé module d’Young Rappels Déformation Introduction Quelques valeurs usuelles de E des M.D.C.: 12 Homogénéité: le matériau est dit homogène, si on découpait ce dernier en morceaux très petits, on devrait retrouver les mêmes constituants. Introduction Rappels Isotropie: si on prend un point un point défini dans un matériau, pour qu’il soit isotrope, il faut qu’autour du point et dans toutes les directions, on ait les mêmes propriétés. 13 LES GRANULATS Définition Matériaux inertes avec 0,02mm≤d≤125 mm Béton Différenciation des origines Agrégats : Agrégats : sables gravillons /graviers granulats artificiels grains de polystyrène déchets de métallurgie etc… 14 Matériaux pierreux naturels : En blocs maçonnerie, Extraction LES GRANULATS En blocs maçonnerie, En petits éléments bétons matériaux routiers, En éléments fins mortiers. L'extraction : Carrières à ciel ouvert Carrières souterraines. 15 Carrières à ciel ouvert L'exploitation : L'exploitation manuelle : Pelle, pioche, etc… L'exploitation mécanique: pelles mécaniques, excavateurs, Extraction LES GRANULATS L'exploitation mécanique: pelles mécaniques, excavateurs, chargeurs mobiles, bulldozer, scrapers, etc... Utilisation des explosifs pour les terrains durs Carrières souterraines De moins en moins : simplement dans le cas de manque de carrières à ciel ouvert. 16 Les conditions granulométriques broyage, concassage et criblage 3 degrés de concassage: Le concassage primaire: •les moellons bruts (50 à 30 cm) •grosses pierres cassées de 10 à 6 cm de ∅. (Concasseur à mâchoires), Traitement LES GRANULATS ∅ (Concasseur à mâchoires), Le concassage secondaire: •les grosses pierres de 10 à 6 cm •graviers de 3 à 1 cm de ∅. (Concasseur giratoire ou pendulaire), Le concassage tertiaire: •les graviers de 3 à 1 cm •Jusqu’à 5 mm de diamètre maximal (Concasseur à cylindre). 17 Criblage Classification des produits par grosseur Utilisation des grilles ou tamis oscillants ou tournants (trommels). Traitement LES GRANULATS Utilisation des grilles ou tamis oscillants ou tournants (trommels). Criblage dépoussiérage lavage 18 Roches magmatiques : bonne qualité (exemple : granit, quartz) Roches sédimentaires : non recommandé pour le béton (exemple : calcaire) recommandé pour le béton (exemple : gneiss) Classification des granulats Selon la nature minéralogique LES GRANULATS recommandé pour le béton (exemple : gneiss) Roches métamorphiques : non recommandé pour le béton (exemple: schiste) Selon la forme des grains La forme naturelle est en général roulée ⇐mers, dunes, rivières, carrières, etc… La forme artificielle ⇐concassage de roches dures (roches mères) 19 Classification des granulats LES GRANULATS Les galets sont ronds parce qu’ils roulent Et non Ils roulent parce qu’ils sont ronds 20 La masse volumique spécifique ou absolue La masse spécifique est la masse d’un corps par unité de volume de matière pleine sans aucun vide entre les grains (volume absolu). Selon les caractéristiques physiques Classification des granulats LES GRANULATS Volume hachuré = Volume absolu (sans pores) La densité absolue est le rapport de la masse volumique spécifique à la masse d’un égal volume d’eau à une température donnée ( 1 000 kg/m3); la densité absolue est donc égale au millième de la masse spécifique, c’est un simple rapport sans dimension. 21 La masse volumique apparente est la masse d’un corps par unité de volume total y compris les vides entre les grains et le constituant (volume apparent). La masse volumique apparente Classification des granulats LES GRANULATS Selon les caractéristiques physiques Volume hachuré = Volume du récipient La densité apparente est le rapport de la masse volumique apparente à la masse d’un égal volume d’eau à + 4 °C (1 000 kg/m3). C’est donc un rapport sans dimension dont la valeur est égale au millième de la masse volumique. 22 Absorption Absorption : Granulats stockés dans une atmosphère sèche Absorption de l'eau Augmentation du poids Selon les caractéristiques physiques Classification des granulats LES GRANULATS Augmentation du poids L'absorption ≡Nature des granulats Exemple : granulats légers de 0 à 30% du poids du granulat sec. Généralement : Granulats naturels : peu poreux (prise en compte pour Béton) Granulats artificiels : poreux (prise en compte pour Béton) 23 Tableau : La teneur en eau des granulats stocké à l'atmosphère 24 Porosité et compacité En général la porosité est le rapport du volume des vides au volume. Selon les caractéristiques physiques Classification des granulats LES GRANULATS On peut aussi définir la porosité comme le volume de vides par unité de volume apparent. 25 La compacité est le rapport du volume des pleins au volume total ou volume des pleins par unité de volume apparent. Porosité et compacité Selon les caractéristiques physiques Classification des granulats LES GRANULATS 26 Volume unitaire Ainsi: Porosité et compacité Selon les caractéristiques physiques Classification des granulats LES GRANULATS La porosité et la compacité sont liées par la relation: p+c=1 La porosité et la compacité sont souvent exprimées en %. La somme des deux est alors égale à 100%. Trouver c et p en fonction de ∆, la masse volumique (apparente) et γ la masse spécifique du matériau, Volume unitaire 27 Si l'on connaît la masse volumique (apparente) ∆et la masse spécifique γ d'un matériau, il est aisé de calculer sa compacité et porosité: = = = = V M V M M M V V V V total volume pleins des Volume c apparent uploads/Ingenierie_Lourd/ mdc-complet.pdf