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TECHNOLOGIE DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION NOTES DE COURS SAMIA HANNACHI Technol

TECHNOLOGIE DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION NOTES DE COURS SAMIA HANNACHI Technologie des matériaux de construction 1 SOMMAIRE 1. Classification et propriétés des matériaux de construction ………..01 2. Les granulats………………………………………………………..12 3. Les liants……………………………………………………………20 4. Le béton…………………………………………………………….29 5. Les métaux et alliages………………………………………………42 6. Les céramiques et verres……………………………………………57 7. Les polymères et composites……………………………………… .68 Technologie des matériaux de construction 2 Chapitre 1 : Classification et propriétés des matériaux 1. Introduction Définition Il existe plusieurs familles de matériaux et plusieurs classifications possibles. Suivant leurs origines : Les matériaux naturels : Les matériaux artificiels : Les matériaux synthétiques : Un matériau est une substance ou une matière d'origine naturelle ou artificielle utilisée pour la fabrication d'objets, de machines, ou pour la construction de bâtiments. dictionnaire Larousse 2001 Les matériaux naturels sont, comme leur nom l'indique, issus de la nature. Les matériaux Origine animale Origine minérale Origine végétale naturels peuvent être d’origine animale comme la laine ou le cuir, d’origine végétale comme le coton ou le bois, d’origine minérale comme la pierre ou l'argile. Les matériaux artificiels sont issus de la nature, mais ils sont transformés par l’homme avant utilisation. C’est le cas de la plupart des métaux extraits à partir du minerai, ou du verre fabriqué à partir de la silice. Matériau artificiel (verre) Les matières premières utilisées pour la production des matériaux synthétiques sont bien sur issues de la nature, comme le pétrole par exemple. Cependant les matériaux synthétiques sont créés par l’homme à partir de procédés chimiques ce qui les différencie des autres matériaux. Les matériaux synthétiques les plus connus sont les matières plastiques. Matériau synthétique (plastique) Technologie des matériaux de construction 3 2. Classification des matériaux de construction 2.1 Généralités Sont considérés comme matériaux de construction tous les matériaux utilisés pour la réalisation de bâtiments (habitation, industriels,…) ou ouvrage d’art. Il existe 3 grandes familles de matériaux de base : - Les métaux - Les céramiques et verres - Les polymères (organiques + plastiques) Classification des matériaux Matériaux de base Les matériaux de construction Les matériaux de protection Pierres Terres cuites Bétons Aciers Bois Enduit Peinture Bitume Matériaux composites Les métaux Les céramiques Les polymères Technologie des matériaux de construction 4 2.2 Classification des matériaux a- Classification scientifique Dans la science des matériaux, selon la composition et la structure, les matériaux sont classés comme suit : - Métaux et alliages : - Polymères : - Céramiques b- classification en matériaux de base et produits : - Matériaux de base ou matière première (Argiles, pierres, bois, calcaire, métaux - Matériaux produits et composites ; ciment (calcaire + argile), alliages, béton, ..) c- Classification pratique : Dans la construction, les matériaux sont classés selon le domaine d’emploi et selon leurs propriétés principales (Résistance, compacité,..) comme suit : - Les matériaux de construction (ou de résistance) : matériaux qui ont la propriété de résister contre des sollicitations (forces) importantes (poids propre, surcharge, séisme, chaleur, ..) : Pierres, bois, béton, métaux, terre cuite (Brique), etc. - Les matériaux de protection : matériaux qui ont la propriété d'enrober et de protéger les matériaux de construction principaux : revêtement ; enduits, peintures, bitumes, etc. N.B. Récemment, l’aspect écologique du matériau (Emission des gaz à effet de serre lors de l’exploitation, de la production, du transport ou de la mise en œuvre), est considéré comme très important dans le choix du matériau. 3. Propriétés des matériaux (Rappel) Grandeurs physiques, chimiques ou mécaniques, propres au matériau. Elles sont déterminées expérimentalement. Les propriétés principales des matériaux peuvent être divisées en plusieurs groupes tels que:  Propriétés physiques: (la densité; la masse volumique, l'humidité, la porosité, l'absorption, la perméabilité, le retrait (le gonflement) etc..) ;  Propriétés chimiques: (corrosion chimique, l’attaque de l’acide, etc..)  Propriétés mécaniques: (la résistance en compression, en traction, en flexion, torsion etc..)  Propriétés thermiques: (la dilatation, la résistance et comportement au feu, etc..) Les caractéristiques et propriétés mécaniques principales d’un matériau sont: la résistance à la compression, la résistance à la traction, le module d’élasticité, le fluage, la fatigue, …etc. Elles reflètent le comportement des matériaux sous l’effet des forces appliquées. Technologie des matériaux de construction 5 3.1 Les propriétés physiques La densité. En sens physique ; c’est le degré de remplissage de la masse d’un corps par la matière solide. Elle est calculée par le rapport de la masse volumique de ce matériau à celle de l'eau à une température. Elle est exprimée sans unité. La masse volumique apparente. C’est la masse d’un corps par unité de volume apparent en état naturel (y compris les vides et les capillaires). Elle est exprimée en (gr/cm3 ; kg/m3; T/m3). La masse volumique absolue. C'est la masse d’un corps par unité de volume absolu de Elle est exprimée en (g/cm3, kg/m3ou T/m3). (porosité des grains exclus), après passage à l’étuve à 105 °C, notée ρ ou γ e D'abord on remplit le tube gradué d’eau (N 1), ensuite on verse l’échantillon sec dans le tube et le niveau de l’eau va augmenter (N 2 ). N 2 - N 1 est le volume absolu. La masse volumique absolue peut se calculer : Technologie des matériaux de construction 6 La porosité et compacité - Porosité: La porosité est le rapport du volume vide au volume total. On peut aussi définir la porosité comme le volume de vide par unité de volume apparent. La porosité et la compacité sont liées par la relation suivante: p + c = 1 La porosité et la compacité sont souvent exprimées en %. La somme des deux est alors égale à 100%. L’humidité : teneur en eau L’humidité est l’une des propriétés importante des matériaux de construction. C’est la teneur en eau réelle contenue dans les pores d’un matériau. En général l’humidité est notée W et est exprimée en pourcentage (%). On peut déterminer l’humidité d’un matériau en utilisant la formule suivante: Technologie des matériaux de construction 7 où Msec – est la masse sèche de l’échantillon (aprèss passage à l’étuve) Mhum – est la masse humide de l’échantillon. Le degré d’humidité des matériaux dépend de beaucoup de facteurs, de l’atmosphère où ils sont stockés, le vent, la température et de la porosité du matériau. Msec : masse sèche (séchage à 105°C) ; Msat : masse humide. La capacité d’absorption de l’eau : L’absorption d’eau par immersion est la différence entre la masse d’un échantillon saturé dans l’eau et sa masse à l’état sec. Essai : - Sécher un échantillon dans une étuve à 105°C soit Msec. - Immerger l’échantillon dans l’eau jusqu’à saturation (ΔM <0,1% après 24 H) ; soit Msat. L’absorption d’eau se calcule comme suit : 3.2. Les propriétés chimiques Les propriétés chimiques déterminent la stabilité chimique d’un matériau et l’aptitude de ce matériau de résister en service à l’action chimique des acides ou à l’action des facteurs atmosphériques comme l’humidité, la température,…etc. 3.3. Les propriétés mécaniques Les propriétés mécaniques des matériaux sont caractérisées par la capacité de résister à toute sollicitation extérieure (compression traction, flexion, fluage..). La résistance mécanique : est la capacité d’un matériau de résister à la destruction sous l’action des contraintes dues à une charge. Technologie des matériaux de construction 8 La résistance mécanique à la compression (à la traction) : La résistance à la compression (à la traction) correspond à la contrainte maximale d’un matériau soumis à une charge axiale et elle est calculée par la formule suivante : KN / cm2 Où: - P : La charge appliquée ; - S: La surface de la section de l’éprouvette. Fig. 3: Essai de compression de traction axiale Exemple : - La propriété principale du béton est sa résistance à la compression. Pour pouvoir évaluer la résistance à la compression, on procède à l’essai de compression; le plus connu des essais mécaniques. Il s’effectue sur des éprouvettes cylindriques de diamètre 16 cm et de hauteur 32 cm ou cubiques (10x10x10 cm). La résistance à la rupture par compression est mesurée par compression axiale des éprouvettes (voir fig. N°3). - La propriété principale de l’acier est la résistance à la traction. L’essai de traction s’effectue sur un échantillon normalisé en acier. La barre en acier est soumise à une charge de traction sur un appareil dit « machine de traction ». La résistance à la flexion : C’est la résistance d’un matériau soumis aux charges de flexion. L’essai de flexion simple consiste à faire écrasé une éprouvette prismatique (ex : 4x4x16cm pour mortiers, 7x7x28 pour le béton) sur deux appuis. (Voir fig. N°4) Le résultat exprime la résistance à la traction par flexion, la traction (par flexion) correspond à la contrainte maximale calculée par la formule suivante : KN /cm2 Technologie des matériaux de construction 9 Fig. N°4: Essais de traction par flexion. P : La charge appliquée ; a : Le coté de l’éprouvette prismatique. 2.4. Autres propriétés : La conductibilité thermique : c’est la capacité d’un matériau de laisser passer la chaleur à travers son épaisseur. Elle est appréciée au moyen du coefficient de conductibilité thermique = la quantité de chaleur traversant un échantillon du matériau uploads/Ingenierie_Lourd/ notes-de-cours-tmc.pdf