Proprietés Des Materiaux

 

»

Les matériaux sont obtenus à partir de matières premières qui sont dans la nature: arbres, minéraux, roches, huile, etc.. ˃ Types de matières premières : 1. ino inorga rganiqu niques es : minéraux et roches 2. organiques : végétales ou animales

»

Comment ils sont obtenus les matériaux d'usage technique 1.les industries d'extraction: d'extraction: exploitent les matières premières de la nature 2.Les industries de transformation: trans!orment les matières premières en matériaux

 

»

Le cycle des matériaux:

 

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"uand nous !aisons une consommation excessive de produits et de matériaux nous pouvons causer: ˃ Épuisement des ressources #certaines matières premières ne sont pas renouvelables$ ˃ Production de décets

»

Comment est%ce que nous pouvons économiser des matériaux : ˃ L! "#$L% &% ( ": & "éduire & "éutiliser

& "eccler

 

»

"uel sorte de matériaux il  a:

˃ )rganiques: & (ois

& Coton) ˃ Pierres et céramiques ˃ *étalliques ˃ yntétiques + Plastiques

 

»

"uelles sont les propriétés des matériaux  ˃ on apparence #couleur, luminosité, etc.$ ˃ ,omment ils se comportent

»

Propriétés: un matériau peut *tre:

˃ &ureté: un matériau peut *tre di+cile ou mous selon il soi !acile !acil e ou di+cile de grater, couper o percer percer.. ˃ ,onducti-ité : un matériau peut *tre conducteur

˃

ou isolant selon il permet ou emp*che le passage de la chaleur ou d'électricité %lasticidadPlasticidad  "igidité :  Lorsque appliquons une !orce surarretons un matériau: & -il nous se dé!orme  et lorsque nous d-appliquer la !orce:  – écupère la !orme initiale il est élastique  – /e récupére0 pas la !orme initiale il est plastique & -il ne se dé!orme pas il est rigide

 

»

/u0il faut il prendre en compte pour coisir un matériau 

 1. e es s cara caract ctér éris isti tiqu ques es tec tecn niq ique ues: s: elles sont celles desquelles nous avons besoin 2. es qua qualit lités és e est stéti étique ques s et sen sensor soriel ielles les#ce que nous apprécions par les sens$: le bois est plus chaud que le métal (. o on np pri rix xe et t lla a!er d dis ispo poni ni3i 3ili lité: té: L'or est plus cher et moins abondant que 4. e es s po posi si3i 3ili lité tés s de fa fa3r 3ric icat atio ion: n: l-aluminium peut se !usionner le bois pas 5. on com compor portem tement ent enen-iro ironn nneme ement ntale ale:: 1l existen des matériaux tels que le papier,l-acier et le verre que peuvent *tre recclé

 

»

2n sciences des matériaux, il est possible de classer les matériaux de

base en trois catégories: »  Les métaux »  Les polmères »  Les

céramiques

 

3ais dans la construction, il est devenu courant de distinguer les matériaux selon des domaines d-emploi et des caractéristiques principales: »  Les matériaux de construction » Les matériaux de protection. »

 

a4 Les matériaux de construction sont les matériaux qui ont la propriété de résister contre des !orces importantes: » 5ierres »  6  6err erres es cuites »  (ois » (éton » 3étaux, etc. »

 

»

 Les matériaux de protection sont les matériaux qui ont la propriété d'enrober et protéger les matériaux de construction principaux: o o

2nduits 5eintures

o o

(itume, 5ierres naturelles, etc

 

»

les propriétés principales des matériaux peuvent *tre divisées en plusieurs groupes tels que:

7. 5roprié 5r opriétés tés phsiqu ph siques: es: #la dimensi dim ension8 on8 la den sité8 lal'humidité masse masse volumique de di9érentes conditions8 la densité8 porosité8 etc..$, . 5r 5roprié opriétés tés mécaniqu mécaniques: es: #la résistan résistance ce en compressi compression, on, en traction, en torsion etc..$ ;. 5r opriétés tés chimiques: chimiques : #l-alcalinité #l-alca linité, , l-acide etc..$ etc..$ . 5r 5roprié opriétés tés thermiqu thermiques: es: #la dilatation dilatation,, la résistan résistance ce et comportement comporteme nt au !eu, etc..$

 

»

 quelques caractéristiques et propriétés pysiques courantes des matériaux de construction : 

»

a 6 Propriétés liées 7 la masse et au -olume: ˃ ˃ ˃

»

b6 Propriétés liées 7 l0eau: ˃ ˃ ˃ ˃

»

*asse spéci8que *asse -olumique Porosité9 densité

umidité Perméa3ilité &egré d'a3sorption d0eau  ;ariation de dimension en fonction de la teneur en eau

c6 Propriétés termiques: ˃ ˃

"ésistance et comportement comportement au feu  ,aleur spécifique ,oe B> C, notée Dap et exprimée en #gr4cm; 8 Eg4m;8 64m;$. ?étermination: 1l existe plusieurs méthodes pour déterminer la masse volumique apparente des matériaux de construction selon leur dimension et leur dispersion:

 

»

La masse volumique apparente

  5our les matériaux solides : les roches nature naturelles, lles, le béton, le bois on peut !aire des..,échantillons de !orme géométrique #cubique, clindrique, ..$.

 

»

La masse volumique apparente

 

5our les matériaux incohérents #ensemble de grains F sable ou gravier$.

 

La!aire détermination de la masse volumique apparente peut se en utilisant un récipie récipient nt standart standart #de volume volume connu$. connu$.

 

»

 La porosité et compacité #les granulats$

5orosité: La porosité est le rapport du volume vide au volume total.

 

»

 La porosité et compacité #les granulats$

Compacité: La compacité est le rapport du volume des pleins au volume total.

 

»

 La porosité et compacité #les granulats$

La porosité et la compacité sont souvent exprimées en G. La somme des deux est alors égale à 7AAG.

 

omogénéité : le matériau est dit homogène, si on découpait ce dernier en morceaux très petits, on devrait retrouver les m*mes constituants. =sotropie : si on prend un point un point dé@ni dans un matériau, pour qu-il soit isotrope, il !aut qu-autour du point et dans toutes les directions, on ait les m*mes propriétés.   &ensité: rapport de la masse volumique du matériau et la masse volumique de l-eau dans les ?ensité 3.?.C.

 

 L-absorption de l-eau L-absorption de l-eau du matériau est la capacité de conserver des échantillons quand ils sont immergés au sein de l-eau à température de A,> C et à la pression atmosphérique. I cette condition l-eau peut pénétrer dans la plupart des vides intersticiels i ntersticiels du matériau. i la porosité du matériau est importante, l-absorption de l-eau est plus grande, mais l-absorption est touJours in!érieure à la porosité du matériau.

m F est la masse du matériau saturé m7 F est la masse du matériau sec. K F est le volume naturel du matériau.

 

 

La perméabilité C-est la capacité matériau àpa laisser passer pression, pres sion, elle est du ca caractérisée ractérisée par r la quan quantité tité l-eau d-eausans pa passant ssant pendant une heure à pr pression ession constante par 7m de sur!ace du matériau. La maJorité des matériaux denses, tels que l-acier, le verre verr e le bitume et les plastiques sont étanches à l-eau.

 

 

ésistance au !eu :

C-est le pouvoir d-un matériau de résister à l-action des hautes températures sans perte portante #résistance et dé!ormation$. 6ousde lescapacité matériaux de construction sont divisés en matériaux matériaux incombustibles, peu combustible et combustible. 5armi 5armi les mes matériaux qui ne sse e consument pas #incombustible$ on à : les minéraux naturels, arti@ciel et les métaux. Certains soutiennent le !eu le plus violant sans se @ssurer ni se dé!ormer, exemple, exemple, la brique et l-argile 8 les autres, tel l-acier subissent des dé!ormations importantes.

 

Comportement et réaction au feu

 

portement au feu des matériaux I) Le com comportement de construction Les matériaux constituant les éléments de construction des bâtiment et les aménagements intérieurs sont assujettis réglementation àlimiter une la   afin propagation deprécise l’incendie et de faciliter l’évacuation du public.

 

Le comportement au feu des apprécié suivant deux critères:

matériaux

• LA REA!"#$ A% &E% • LA RE'"'!A$E A% &E%

est

 

II) La réaction au feu Définition :  ’est l’aptitude (u’aura un matériau à

contribuer au développement de l’incendie en tant (u’aliment au feu. 'ont concernés les panneaux d’isolation) les rev*tements muraux) les enduits) le mobilier) les éléments de décoration etc+

 

Le classement « réaction au feu » des matériaux comporte 5 catégories (!" #" $" % et &)

e mode de classement est réalisé du plus performant ou moins performant selon deux crit,res - la com'usti'ilité et l’inflamma'ilité.

 la com'usti'ilité - c’est la (uantité de c/aleur dégagée lors de la combustion du matériau.  linflamma'ilité  - c’est la (uantité de ga0 plus ou moins inflammables dégagée par le matériau.

 

ombustibilité

"nflammabilité

Exemples pierre) bri(ue) ciment) tuiles) plomb) acier) ardoise) cérami(ue) plâtre) béton) verre) laine de roc/e matériaux composites)

12

"ncombustible

"ninflammable

13

ombustible

"ninflammable

17 19 1;

ombustible

8ifficilement

45) dalles minérales de fauxplafonds) pol6ester) coton mo(uette murale

ombustible

inflammable 1o6ennement inflammable

:ois) rev*tement sol caoutc/ouc) laine 

ombustible

&acilement

papier) tapis fibres

inflammable

mélangées   mélangées

 

Le feu et la 'riue (!) Les matériaux à base d’argile offrent une résistance à la c/aleur d’autant plus grande (u’ils ont été cuits à /aute température.

Les toitures ardoises et tuiles présentent une bonne résistance au feu.

 

Le feu et 'ois (%)

le

'on comportement varie en fonction de 'es dimensions< •  'es •  'on 'on essence<

 

'on taux d’/umidité. •  'on Les bois durs et dense comme le c/*ne s’enflamment plus difficilement (ue les bois tendres comme le sapin.

 

Le feu et la laine de roc/e =12>

La laine de roc/e présente feu.une bonne résistance au

 

Le feu et l’acier =12>

L’acier se dilate sous l’action du feu et offre une mauvaise résistance et stabilité au feu  * 5!!+, la résistance du fer diminue de moitié  * -!!+, elle leest d.unson tiers * /!!+, elle est nulle" ferréduite plie sous propre poids

 

Les pi,ces d’acier se déforment et c,dent sous l’action de la c/aleur provo(uant l’effondrement .

 

re (!) Le feu et le ver verre

•Le verre mince éclate sous l’action Le laverre mince éclate ainsi sous l’action de c/aleur laissant passer les ga0 de combustion) les fumées) propageant l’incendie. •Le verre armé se fendille mais reste en place jus(u’à la fusion et poss,de au feu. une excellente résistance

 

La ouate accumule

de verre utilisé en flocons la c/aleur et les ga0 lors

- elle de la

combustion pouvant générer un flas/ over.

 

Les plasti(ues =13> tr,s variable) la

-   Leur réaction majorité des

au feu est plasti(ues

br?lent et dégagent fumées toxi(ues dangereuses pour lesdesoccupants et les pompiers non protégés.

 

II) La résistance au feu

Définition : ’est le temps durant le(uel l’élément de construction =cloison) plafonds) c/arpente etc+> joue le r@le (ui lui est attribué malgré l’action de l’incendie.

 

Le classement  résistance au feu  C des matériaux comporte trois catégories  de performance  la sta'ilité au feu  ='&> - c’est la conservation de la résistance mécani(ue du matériau malgré l’incendie.  le degré pare0flammes  =4&> - c’est la conservation de la résistance du matériau au(uel on ajoutemécani(ue l’opposition =étanc/éité> au passage des flammes et aux ga0 c/aud.

 

 Le degré  coupe0feu  =&> - c’est la conservation de la résistance mécani(ue du matériau au(uel on ajoute l’opposition =étanc/éité> au passage des flammes et aux ga0 c/aud et au(uel on ajoute (ue le matériau évite la propagation de la c/aleur du c@té non sinistré.

 

c/arge

Résistance mécani(ue

'&D étanc/éité aux flammes  et ga0 c/auds

4& D isolation

inflammables

t/ermi(ue

 

?ureté : résistance du matériau à l-usure8 cette propriété est classi@ée selon l-échelle de 3M.

 

Comportement mécanique : Le matériau ne répond pas de la m*me manière aux di9érentes charges auxquelles il est soumis8 il peut à !ortiori bien résister à la =exion et résister moins bien à la torsion et pas du tout à la traction. L-expérimentation permet la connaissance de la résistance limite qu-entraNne la rupture du matériau. Cette résistance est souvent le rapport entre la !orce de rupture et la section aant subie cette !orce. ! orce. ?urabilité : dé@nie la durée de la persistance de certaines caractéristiques et allure de leur évolution dans le temps sous l-e9et des agents agressi!s de l-environnement. La durabilité traduit la résistance du matériau à la dégradation. Le matériau a une durée de vie limite car il subi graduellement des modi@cations phsique, chimique c himique

et mécanique qui réduisent sa per!ormance  

?é@nitions : Contrainte : lors de l-application d-une !orce sur un élément, un ensemble de !orces intérieures naissent pour équilibrer la !orce extérieure. L-intensité de ces !orces est appelée contrainte. OPQ R Eg!4cm ou (ar #actuellement 35a$ 735aR 735aR 7A (ars »2xemples de contraintes: »Comp Compress ression ion 6ract raction ion 6ract raction ion Slexion

 

»

"uand un corps est soumis à l-action de !orces extérieures des contraintes internes s-établissent:

»  À

ces contraintes contraintes sont sont associées associées des déformations

        A        >

AT4A47U  

» »

?é@nitions : ?é!ormation linéaire : 6oute contrainte sur un obJet est suivie d-une dé!ormation. La dé!ormation qui résulte dans la direction de la !orce appliquée est appelée

»

dé!ormation linéaire: l-application OVQ R G . d-une !orce sur un 2lasticité, plasticité obJet est suivie d-une dé!ormation. Cette dernière est dite élastique, si l-obJet revient à sa position initiale en éliminant la !orce appliquée. 2n revanche, si l-obJet reste dé!ormé m*me après avoir Wter la !orce, la dé!ormation est dite : plastique. La plus part des matériaux sont élastiques sous l-application de !aibles charges et deviennent plastiques avec leur accroissement. Loi de MooEe :

»

P R 2 x V et V R Xl 4 l

» » » »

 

"uelques valeurs usuelles de Y- 2 Y- des 3.?.C. courants

 

»

2ssais normalisés

»

5our étudier comportement mécanique des le matériaux il !aut travailler avec des pièces identiques quelque soit le matériaux : Ce qu-on appelle les éprouvettes.

        ;        >

AT4A47U  

»  6  6irer irer sur sur une éprouvette éprouvette » 2nregistrer la !orce et l-allongement

de l-éprouvette. »

       <        >

Inalse de l-assai:

AT4A47U  

?istinguer les notions de résistance , de !ragilité et de dureté. » Zn matériau dur est souvent !ragile : le verre » Les modes de dé!ormation sont : »

˃ 2lasti 2lastique: que: La La matièr matière e repr reprend end sa !orm !orme e ini initial tiale, e, la dé!ormation est réversible ˃ 5la 5lasti stique que:: La matièr matière e garde garde un une e dé!orm dé!ormati ation on résiduelle et irréversible. irréversible.

       >        >

AT4A47U  

»

Courbe de traction:

m

, ?

e A.    6   a     P

        U        >

   *    > e   e    t   n    i   a   r    t   n   o    ,

& 5oint de rupture

!

?omaine 2lastique

?omaine 5lastique

AT4A47U

)

&éformation

 

»

5ropriétés élastiques :

 La

dé!ormation élastique est réversible  Les dé!ormations sont extr*mement petites #[ A,AA7$   2n première approximation, les longueurs et les sur!aces restent constantes on ne distingue plus valeurs vraies et nominales        T        >

AT4A47U  

»

5ropriétés élastiques :

La loi de MooEe: P R 2.\ » i 2 est élevée le matériau est rigide » »

i 2 est !aible alors le matériau est souple. *atériaux ?iamant Céramique 3éteaux (éton 2lastomère

        ]        >

%>$pa6 7AAA >>A TA% mm.$ gravillons gravillons #de > à A mm.$ et cailloux #de A à ]A mm.$ I leur tours, chacune de ces catégories se divise en trois classes d-éléments : @ns, moens et gros.

 

&imension des granulats : »  n trie les granulats par dimension au moen de tamis #mailles carrées$ et de passoires #trous circulaires$. Les granulats dont les dimensions sont supérieures à ` d ` et in!erieur à `?` sont appeler` granulats d4? `. » Le tamisBt #ou passant$ est la partie des granulats qui passe a travers le tamis. » Le refus est la partie des granulats qui resté sur le tamis. »

 

!nalyse granulométrique granulométrique : L'analse granulométrique consiste à déterminer la distribution dimensionnelle »

des grains constituant un granulat dont les dimensions sont comprises entre A,AU; et7> mm. L'essai consiste à !ractionner au moen d'une série de tamis un matériau en plusieurs classes granulaires de tailles décroissantes. Les masses des di9érents re!us et tamis^t sont rapportées à la masse initiale du matériau. Les pourcentages ainsi obtenus sont exploités sous

!orme graphique.  

»

il !aut choisir ?max aussi grand que le permet la dimension

minimum et l'encombrement de la pièce des à bétonner granulats. » la proportion de chaque dimension des grains doit *tre choisie de !aon à remplir les vides laissés par les grains de dimensions supérieures. » il !aut réduire la teneur en éléments @ns au minimum requis pour obtenir une bonne maniabilité et une bonne

compacité.  

»

Les courbes granulométriques apporteront quelques éléments de réponses à ces conditions.

 

»

» »

1l existe cinq classes granulaires principales caractérisées par les dimensions extr*mes d et ? des granulats rencontrées :

Les @nes A4? avec ?  A,A] mm, Les sables A4? avec ?  U,; mm, » Les gravillons d4? avec d   mm et ?  ;7,> mm, » Les cailloux d4? avec d  A mm et ?  ]A mm, » Les graves d4? avec d  U,; mm et ? 

]A mm,

 

»

n exprime la granularité par un graphique dans lequel la courbe granulométrique indique les pourcentages en masse passant par les tamis successi!s dont les trous sont de plus en plus petits

 

» »

Les limites d et ? du granulat en question8 La plus ou moins grande proportion d'éléments @ns8 par exemple la courbe située au%dessus de celle du sable normal à un sable maJorité de grains @nscorrespond et c'est l'inverse pour àcelle située en dessous. 2n e9et, ces trois sables sabl es sont des sables A4> mm mais les proportions de grains @ns #[A,> mm par ex exemple emple $ sont pour p our chacun d'eux: >G, G et UAG8

»

La discontinuité de la granularité8 parcontinuité exemple, ou les la courbes de sables sont continues mais la courbe du gravier >4;7,> présente une discontinuité8 en e9et le palier s'étendant de 7A à A mm signi@e que le granulat en question ne contient pas de grains compris entre 7A et A mm.

 

»

Les sables doivent présenter une granulométrie telle que les éléments @ns ne soient ni en excès, ni en trop !aible

proportion.  a trop en de eau grains il sera nécessaire d'augmenterileil dosage du @ns, béton tandis que si le sable est trop gros, la plasticité du mélange sera insu+sante et rendra la mise en place di+cile. ?é@nition : le module de @nesse d-un granulat est égale au 747AA ème de la »  somme des re!us, exprimés en pourcentages de poids sur les di9érents tamis de la série suivante : A,A] 8 A,A7U 8 A,;7> 8 A,U; 8 7,> 8 >,A 8 7A,A 8 A,A A,A 8 8La donne les meilleurs résultats pour la !abrication du de béton. relation de calcul est :

 

»

Le caractère plus ou moins @n d'un sable peut *tre quanti@é par le calcul du module de @nesse #3S$. Celui%ci correspond à la somme de pourcentages des re!us cumulés, ramenés à

l'unité, les tamis est de modules ;, U, , ;, ;>, ;]. pour Ce paramètre en particulier utilisé pour caractériser la @nesse des sables à bétons. » ?ans le cas de la courbe granulométrique du sable normal présenté sur la @gure, son module de @nesse est égal à: » 3S R )))))))))))..

 

»

Le module granulat : de 8nesse d0un

 

» »

l'équivalent de sable piston ?ans le cas des sables, le degré de propreté propr eté est !ourni par essai appelé équivalent de sable piston 5 qui consiste à très séparer sable des particules @neslequi remontent par =oculation à la partie supérieure de l'éprouvette of l'on a e9ectué le lavage.

»

La de 5 àdoit cas *trevaleur supérieure UA selon ou U>.les L'essai dit équivalent de sable piston permet de mesurer le degré de propreté propr eté du sable

 

  ,aractère du granulat   1. Dature minéralogique

2. Présence de matière organique (. Teneur éle-ée en sulfates9 sulfures9 clorures   4. Propreté des granulats

  =nCuence sur le 3éton La plupart des granulats con-iennent pour le 3éton. =nCuence défa-ora3le des argiles9 des calcaires marneux. =nCuence défa-ora3le sur la prise et le durcissement9 cute de résistance. "éaction a-ec le ciment9 8ssuration9 corrosion des armatures ,ritère important. Les impuretés pertur3ent l0ydratation du ciment et entraEnent des défauts

d0adérence granulatFpBte.   Peu important généralement H 5. Gorme des graines9 angularité certains sa3les concasses peu-ent parfois Itre  

P")P"%TÉ &% $"!DL!T

$"!DL!T

a3le MF4

a3le MF12

Ga3rication de mortier et d0enduit de faNade

tilisé pour la maNonnerie

=*!$% &% $"!DL!T

!$% &!D L% TP

 

P")P"%TÉ &% $"!DL!T

$"!DL!T

%nro3é MF14

$ra-ier KF14

=*!$% &% $"!DL!T

!$% &!D L% ,ouce de TP roulement des -oies routières

Produits en 3éton ydraulique Parpaing ,analisation

 

P")P"%TÉ &% $"!DL!T

_ravier 7>4>

_ravier A4G de gpse a@n de régulariser la prise. ?ans certains cas, en plus du gpse, on aJoute d'autres constituants tel que le laitier de Maut%!ourneau, les pou00olanes, les@llers cendres volantes ou les pour l'obtention de diverses catégories de ciment.

 

L2 5C2Z ?2 SI(1CI61/ ?Z C132/6 broage cru et cuisson stocEage usine

broeur tapis roulant

préchau9age

!arine crue

7. ( ( I_2 I_2 CZ

!our re!roidissement clinEer . CZ1/ crue. 7. (I_2 CZ : un broage très @n permet d'obtenir une !arine crue.

. CZ1/ : la !arine cruequ'elle est préchau9ée puis préchau9ée  puis passere!roidie au !our !our :  : unesouage =amme d'air. atteignant C de porte matière à 7>AA C, avant ne soit brutalement re!roidie par  par IprèsAAA cuisson la la !arine, on obtient le clinEer, clinEer, matière de base nécessaire à la !abrication de tout ciment.

 

I la sortie du !our, les nodules incandescents sont brusquement re!roidis re!roidis à 7AAC. La composition minéralogique du clinEer clinEer est alors la suivante : Dom

Gormule

!lite >silicate ,a(i)5 tricalcique6

*inimum

*aximum

45.M R

QX.Q R

,a2i)4

5.Q R

2X. R

,a(!l2)K

1.1 R

14.X R

!luminoferrit ,a4!l2Ge2)1M 2.M R e

1K.5 R

?élite >silicate 3icalcique6 !luminate tricalcique

tétracalcique ,aux li3re ,a)

M.K R

2. R

 

n aJoute du gpse #minéral de !ormule Ca G$ au clinEer clinEer re!roidi a@n d-apporter des sul!ates qui permettent de ralentir la prise du ciment puis le tout est broé en une @ne poudre #gains de