Matériaux de Construction PDF

## III. Matériaux et construction ### III. 1. Notions de RDM - **Compression:** rawuuncir, P'element Ailonger, courber - **Traction:** Flexion, CISAILLEMENT → Couper en 2, TORSION →Vriller **À l'échelle locale:** 2 sollicitations antagonistes: traction et compression: **À l'échelle macroscopi...

## III. Matériaux et construction ### III. 1. Notions de RDM - **Compression:** rawuuncir, P'element Ailonger, courber - **Traction:** Flexion, CISAILLEMENT → Couper en 2, TORSION →Vriller **À l'échelle locale:** 2 sollicitations antagonistes: traction et compression: **À l'échelle macroscopique:** Permettent de décrire les efforts dans un élément sollicité en: ### III. 2. Terre crue **Introduction:** - Terre crue = matériau de construction le plus ancien - Utilisation pratique: exploiter le matériau le plus proche, prix abordable - Aujourd'hui : moitié de la population vit dans un habitat en terre crue **Le béton de terre:** - Composé de: - Argile: 5 à 20%, joue le rôle de liant, - Sable: 2 à 5%, squelette interne - Gravier: 45 à 70%, squelette interne - Eau: 10%, lubrifiant Rempline lesvides - Plusieurs entreprises proposent des bétons de terre pour murs porteurs **Salina Naji "Reglementation de construction eu terre Crue"** - C'est un mur destiné à bou istant Supporter lacharpente et la structure des Ploschers - [Image of a building made from earth] **Stabilisation:** - Le pouvoir liant de l'argile n'est pas toujours fiable. - De plus elle peut devenir instable après les cycles d'humidification et de séchage → gonflement et retrait → problèmes de structure. - Nécessaire de la stabiliser: desytation dessiccation - **Cimentage:** par mélange avec ciment, chaux, cendres, ... - **Armatures:** pailles, fibres végétales (chanvre, sisal, ...): risque de pourrissement et de parasites - **Imperméabilisation:** envelopper l'argile d'un film imperméable (asphalte, sèves de plantes à caoutchouc, résidus de pressage d'huile d'olive ...) - **Traitement chimique:** former des composés stables avec l'argile (chaux, ...) - Géo-polymérisation, autres procédés,... **Mise en œuvre:** - Plusieurs techniques de construction en terre: - **Pisé:** - Terre: graveleuse, non végétale, humidité faible - 1: coffrage en bois (Trous) - 2: couches successives de terre - 3: tassement à l'aide d'un pisoir, ou outil pneumatique - 4: décoffrage immédiat et séchage - **Torchis ou clayonnage:** - Terre stabilisée par des armatures végétales, exécutée sur une ossature de bois - 1: ossature avec pieux verticaux, entretoises horizontales et treillage de branches - 2: terre appliquée sur les deux faces de l'armature, solidifie l'ensemble - Méthode rapide - Permet une exécution de l'ossature avant couverture - Habitat provisoire ou granges - **Adobe ou briques crues:** - Terre sableuse et argileuse. - 1: disposer le mortier dans des moules - 2: compacter le mortier à la main - 3: laisser sécher 2 à 3 semaines au soleil - Résistance faible à la compression, nécessité de chainage en béton armé ou en bois - Ancêtre de la brique extrudée - Habitabilité immédiate, contrairement au pisé qui nécessite un temps de séchage - **Bauge ou boules de terre:** - Variante pauvre de l'adobe. Terre généralement stabilisée par de la paille - 1: former la terre en boules pétris à la main - 2: façonnée et posée directement sans séchage - 3: outil tranchant pour lisser le mur - Appliquée dans les pays Africains, ou le climat est sec et la pluviométrie faible - Résistance faible, fissuration, ... - Technique rarement employée, même pour la restauration ### III. 4. Pierre **Pierre: matériau historique de la construction.** **Utilisation historique:** - Matériau de fondation pour les fondations superficielles - Caves portées par des voutés en pierre - Elévations en maçonnerie: colonnes et murs - N'apparait que rarement en plancher intermédiaire et couverture **Principe de construction:** - Résiste à la compression + résiste peu à la traction et aux autres sollicitations - Construction selon les principes de la maçonnerie comprimée - Techniques pour s'adapter aux autres sollicitations - Exemples: franchissement de portées - Suppression de la flexion en jouant sur la forme, de la structure, pour obtenir une compression pure. - Analogie avec un fil **Pierre utilisée pour la construction:** - Granit, Gneiss, Quartzite, Calcaire, Marbre, Schiste, Grès, ... **Extraction:** - Clivage par coins - Éclatement hydraulique - Clivage explosif - Sciage (انتشار ) - Rayonnement **Caractéristiques:** - Dimensions: dépendent de la carrière, du moyen d'extraction et de transport - Propriétés mécaniques: non isotrope. Résistance à l'abrasion variable. **Soudation quirepose sür le sol au qui estque faiblement encastrée** **[Image of a building made from stone]** **[Image of a building made from stone]** **Principe de construction:** - Résiste à la compression - Résiste peu à la traction et aux autres sollicitations - Construction selon les principes de la maçonnerie comprimée - Techniques pour s'adapter aux autres sollicitations - Exemples: mur de soutènement - Suppression des effets de la flexion par: - Élargissement du mur - Ajout de contreforts ### III. 3. Terre cuite **Définition:** - Céramique obtenu par la cuisson d'argile. L'exemple le plus courant est la brique - [Image of a building made from brick] **Fabrication:** - **Extraction:** on a généralement besoin d'un mélange de plusieurs couches d'argile طحن - **Préparation:** mélange et broyage - **Moulage:** avec des moules, ou mécaniquement - **Feconnage:**glaise, mélangée à l'eau et à la vapeur devient plastique donc façonnable **Définition:** - Céramique obtenu par la cuisson d'argile. L'exemple le plus courant est la brique **Fabrication:** - **Séchage:** dans un climat contrôlé (pas trop rapide ni trop lent) - **Cuisson:** température avoisinant les 1000 °C, apparition de nouvelles formes cristallines - **Entreposage et expédition:** empilées en palettes et houssées d'une feuille de plastique **L'isdation, la entilation; acoustriction de façades argile+ sable ( utilisi'en mun Porteural wor on en porerat) Fesistance à la Compression Fuentic thermique To** **[Image of a brick]** **Briques:** - Éléments de_forme de plot, obtenu par cuisson d'argiles (et d'autres composants), destinés à la construction en maçonnerie. - Types: briques pleines creuses, perforées, de parement, isolantes, revetement desmars rmurs porteurs/cloisons ou decibisons Remplies d'alveoles **Caractéristiques des briques creuses usuelles:** - 250x200x70-8 trous - 330x200x70-8 trous - 250x200x100-8 trous - 500x200x100-8 trous - 250x200x150-12 trous - 500x200x150-12 trous - Résistance entre 60 and 80 bars, poids entre 1 and 8kg **peuvent être remplies ⇒ fare de tension et de torsionadestructure** **Tuiles:** - Élément de couverture. Peut être en: terre cuite, béton, bois, ardoise - Type de recouvrement en écailles pour tuiles plates et à emboitement pour les autres - Propriétés: étanchéité et résistance aux intempéries, résistance mécanique. **Entrevous (hourdis) en terre cuite:** - Élément de remplissage de plancher associé à des poutrelles. - Propriétés: - Moins résistante que l'entrevous en béton - Plus léger mise en œuvre rapide structure optimisée - Résistance au feu ### III. 5. Bois **Quelques idées reçues:** - **Construire_en bois nuit à l'environnement:** faux la construction contribue peu à la déforestation, possibilité de se ressourcer durablement - **Danger en cas d'incendie:** faux le bois transmet la chaleur 10 fois moins que le béton, 250 fois moins que l'acier. Il conserve aussi sa capacité portante plus longtemps que le béton ou l'acier - **Entretien permanent:** partiellement vrai - si contact avec éau stagnante → noircissement, décoloration au soleil, ... en réalité, l'entretien est minime - **Limite les libertés architecturales:** partiellement vrai certaines architectures sont irréalisables en bois, mais le bois s'adapte de plus en plus. **Le bois: matériau multi-échelle** **[Image of a wood structure showing different parts]** **Le bois: matériau anisotrope:** **[Image of a wood structure showing different parts]** **Le bois: matériau hétérogène:** **[Image of a wood structure showing different parts]** **Propriétés physiques:** - **Teneur en eau:** H = (entre état anhydre et état de saturation) - **Rétractabilité:** changement de la teneur en eau provoque des variations de volume dans les 3 directions principales. - La somme des rétractabilités dans ses directions donne la rétractabilité totale ou volumétrique. On classe alors le bois en 3 catégories: retrait faible entre 5 et 10%, moyen entre 10 à 15%, fort entre 15 et 20%. - **Densité:** affectée par la teneur en eau. Densité 1 - **Dilatation à la chaleur:** négligeable - **Conductibilité:** électrique, thermique et phonique - **Durabilité:** très durable si humidité constante - Autres (combustibilité, couleur, odeur, ...) **→ealx Darmantes** **→variation du bei's clans ses dirensious en fet d sou humidité** **[Image of a wood structure]** **Classes de bois:** **[Table of wood classes]** **Propriétés mécaniques:** - Plusieurs propriétés mécaniques, statiques et dynamiques, permettent de caractériser le bois. Ces propriétés dépendent de l'orientation (parallèle ou perpendiculaire aux fibres), et de la teneur en eau, - Résistance à la compression. - Résistance à la traction - Résistance au cisaillement, - Fissibilité - Dureté ou résistance à la pénétration d'un corps dur - Résistance aux chocs - Résistance à la flexion - Flexion alternée **[Image of a wood structure]** **Résistances du bois lamellé-collé:** **Appellation:** - GL pour << glulam >>> **[Table of wood resistances]** **Les dérivés du bois:** - **Contreplaqué:** Obtenu par collage de plis superposés à fil croisé. Placés symétriquement par rapport à un pli central. Aussi appelé Plywood ou Multiplex. - 5 à 30mm, bonne résistance, comportement à flexion de 24MPa - l'humidité dépend de la colle. - **Panneau stratifié:** panneau composite pour revêtement. Papier Kraft + papier décoratif + résines transparentes - **Panneau de fibre:** panneau formé par adhérence de fibres lignocellulosiques sous l'effet de chaleur ou de pression - Résistance dépend de la densité **[Image of a wood structure]** **Ellage de plusieurs Lamelles en bois dout le filest essentiellement parallèle** **Les dérivés du bois:** - **Panneau de particules:** constitué de couches superficielles de bois écorcé + couche médiane de déchets de scierie - **Agglomérés:** obtenu par agglomération de particules de bois avec liants minéraux. - Moins résistant que les produits semblables - **Bois amélioré:** par traitements (imprégnation, densification, métallisation, ...) - **Lamellé-collé:** assembler par collage des pièces relativement grandes pour obtenir des éléments de construction très résistants. Les meilleures pièces sont placées dans les endroits les plus sollicités **Les pathologies de la construction en bois:** - Les problèmes de la construction en bois sont lié aux changements d'humidité, et à une humidité excessive: - Si en structure: affaiblissement de la résistance mécanique - Si isolant: atténuation de la performance et de la durabilité - D'autres problèmes liés au risque incendie, surtout en phase chantier. - Recommandations: - Bien traiter les ponts thermiques (isolation ext. en plus de int.) - Étanchéité à l'air selon les règles (RAGE 2012, DTU 31.2, ...) - Protéger les panneau durant toute la phase de montage - Éviter les stagnations de l'eau pour éviter les noircissement - Sensibiliser les différents corps d'état sur les risques d'incendie ### III. 6. Métal **Le matériau métal:** - Il est essentiel de différentier entre fer, fonte et acier: - **Le fer:** métal courant, blanc, dur et malléable. Élément chimique de symbole Fe. Matériau abondant de la croute terrestre. - **Élaboration du fer.** - 1- Chauffage du minerai et du bois (ou charbon de bois) - 2- Martelage à chaud pour le débarrasser des impuretés - La teneur en carbone est faible - **Historiquement:** (avant la révolution industrielle) - Un matériau cher, pas encore maitrisé, dont l'utilisation est limitée aux assemblages et aux serrureries - Pas un matériau de structure, assemblé à d'autres matériaux - Mais avant ... la fonte. **[Image of a metal structure]** **Le matériau métal:** - Il est essentiel de différentier entre fer, fonte et acier: - **La fonte:** alliage de fer et de carbone (2 à 8%) - Méthode traditionnelle: minerai fer + charbon de bois - Si refondu et coulé dans des moules: la fonte - Si travaillé à la forge: fer doux - **Histoire:** - Pénurie de bois en 1709: remplacer le bois par du coke, la houille - Plusieurs développement industriels, militaires et économiques favorisent l'utilisation de la fonte dans le domaine de la construction - 1777: premier pont en fonte, sur la Severn à Coalbrookdale (technique sollicitant la fonte en compression, inspirée de la construction en pierre) - Et puis, le fer se développa... **Le matériau métal:** - Il est essentiel de différentier entre fer, fonte et acier: - **Le fer de construction moderne:** - La fonte se coule → moulée spécifiquement - La fonte résiste à l'écrasement colonnes en fonte - Le fer est travaillé (en usine) → préfabriqué puis assemblé - Le fer résiste à la flexion franchissement en fer - **A partir de la première guerre mondiale:** - Le matériau change: ex. l'utilisation du coke - La métallurgie change: ex. perfectionnement des fours - Les techniques de construction changent: structures tendues, treillis, chaines puis câbles, ... - Les assemblages changent: rivetage **Le matériau métal:** - Il est essentiel de différentier entre fer, fonte et acier: - **L'acier:** réduction du carbone à mois de 2% - Un matériau plus dur, plus résistant, moins cassant - Plusieurs techniques développées entre 1813 et 1915 permettent d'aboutir à l'acier moderne. - **En 1888, Gustave Eiffel déclare:** « La fabrication de l'acier est très délicate et ce n'est que dans les dernières années qu'on est arrivés à produire un métal dont on soit absolument sûr et qui réponde parfaitement aux qualités spéciales qu'on exige de lui. » - L'invention du laminage par étirage permet de produire des profilés laminés sous forme de tôles, plats, cornières, T, H, U, ... - Les techniques se normalisent de plus en plus **Produits en acier:** - Acier laminé - Profilés I (IPN, IPE, IPER) - Profilé H (HEA, HEB, ...) - Profilé U (UPN, UAP) - Laminés marchands (cornière, T, U, rails, ...) - Profilés creux - Produits plats - Acier étiré ou tréfilé - Acier coulé - Acier forgé - Acier usiné **[Image of a metal structure]** **Assemblages:** - Par boulon: - Par rivets - Par rivelons - Par soudure - Par colle ** [Image of a metal structure]** ### III. 7. Béton et béton armé **Définition:** - Aggloméré composite, formé d'agrégats mélangés avec du liant, avec addition d'eau. - En fonction des agrégats et des liants, on peut distinguer entre béton de terre, d'argile, de ciment, de fibres, **Avantages:** - Peu couteux, facile à fabriquer, nécessite peu d'entretien - Se moule en épousant la forme du coffrage - Résistance mécanique, au feu, aux attaques physico-chimiques - S'associe bien à l'acier, et obtient des propriétés nouvelles - Ses composants sont disponibles - Peu d'énergie pour la fabrication (à l'exception du ciment) **[Image of a concrete structure]** **Définition:** - Aggloméré composite, formé d'agrégats mélangés avec du liant, avec addition d'eau. - En fonction des agrégats et des liants, on peut distinguer entre béton de terre, d'argile, de ciment, de fibres, **Inconvénients:** - Une faible résistance à la traction, exige une association avec des armatures - Poids volumique élevé - Faible isolation thermique - Démolition ou modification difficile, avec des coûts très élevés **Composants:** - Granulats - Dosage de ciment - Teneur en eau - Teneur en air - Adjuvants - Acier **[Image of a concrete structure]** **Types de bétons:** - Béton maigre - Béton courant - Béton haute résistance - Béton de fibres - Béton poreux - Béton isolant - Béton à polymères - BPE: Béton prêt à l'emploi **[Image of a concrete structure]** **Le béton armé:** - Brevet en 1870 par Joseph Monnier - Première utilisation en 1899 pour le pont Camille de Hogues en France **Principe:** - La faible résistance à la traction du béton est atténuée par l'ajout d'armatures d'acier. L'adhérence entre béton et acier assure la transmission des efforts. - Le béton protège les aciers des éléments extérieurs - Les aciers longitudinaux et transversaux jouent des rôles différents **[Image of a concrete structure]** **Le béton précontraint:** - Un câble, un tendeur ou une armature exerce un effort de compression préalable, qui se combine à l'effort de flexion pour produire un effort résultant favorable. **Principe:** - Barre d'acier précontrainte - Béton coulé puis durci sans contrainte - Traction de la barre libérée, le béton subit un effort de compression en permanence **Avantages:** - Augmentation des portées - Réduction des flèches - Maitrise de la fissuration **[Image of a concrete structure]** **Types:** - Précontrainte adhérente - Précontrainte non-adhérente **Principe de fonctionnement:** - [Image of a concrete structure] **thavaux won stractureiles Resistance à la Renion et ductilité ilafatigue, à l abreasten**