Les matériaux de construction sont considérés comme tous les matériaux utilisés pour la réalisation des ouvrages en béton armé ou en constructions métallique. Ils couvrent une vaste gamme des matériaux qui inclut principalement le bois, le verre, l'acier, l'aluminium, les textiles, les matières plastiques (isolants notamment) et les matériaux issus de la transformation de produits de carrières, qui peuvent être plus ou moins élaborés (incluant le béton et divers dérivés de l'argile tels que briques, tuiles, carrelages et divers éléments sanitaires).En sciences des matériaux, il est possible de classer les matériaux de base en trois catégories (métaux , polymères , céramiques) , mais en construction de structure, l'on distingue les matériaux selon les domaines d’emploi et leurs caractéristiques principales.
J'ai rédigé cet article à la suite de l'article sur les normes et codes de construction parce que je voulais vous présenter les généralités sur les matériaux de construction et les critères qui définissent le choix d'un matériau pour la construction de vos ouvrages. Il est à rappeler aussi que les différentes normes de construction nous présentent les caractéristiques des différents matériaux pouvant être utilisés pour nos constructions , mais il est important de maitriser chaque paramètre et son importance : D'où l'objet de cet article.
Sommaire :
Classification des matériaux de construction
En construction des structures , les matériaux sont classés en trois types suivant leur composition chimique et leur mode d'utilisation . c'est ainsi qu'on distingue :
Classification scientifique
Dans la science des matériaux, selon la composition et la structure, les matériaux sont classés comme suit :
Métaux et alliages
Polymères
Céramiques
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, ……..)
Classification pratique
Dans la construction, les matériaux sont classés selon le domaine d’emploi et selon leurs propriétés principales (Résistance, compacité,..):
Les matériaux de résistance : Sont les matériaux qui ont la propriété de résister contre des sollicitations (poids propre, surcharge, séisme…...) : les plus fréquemment utilisées sont : Pierres, Terres cuites, Bois, Béton, Métaux, etc.
Les matériaux de protection : Sont les matériaux qui ont la propriété d'enrober et de protéger les matériaux de construction principaux contre les actions extérieurs, tels que : Enduits, Peintures, Bitumes, etc.
Propriétés des matériaux de construction
Les propriétés principales des matériaux de construction peuvent être divisées en plusieurs groupes tels que:
Propriétés physiques: qui mesurent le comportement de matériaux à l’action de la température, l'humidité (la densité; la masse volumique, la porosité, l'absorption, la perméabilité, le retrait (le gonflement) etc..) ;
Propriétés chimiques: qui caractérisent le comportement des matériaux dans un environnement réactif. (corrosion chimique, l’attaque de l’acide, etc...) ;
Propriétés mécaniques: qui reflètent le comportement des matériaux déformés par les forces. (la résistance en compression, en traction, en flexion, torsion etc...)
Propriétés thermiques: (la dilatation, la résistance et comportement au feu, etc...)
Les propriétés physiques
La densité : 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 de 20°C. 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 ). On peut déterminer la masse volumique d’un matériau en utilisant la formule suivante :
La masse volumique absolue : c'est la masse d’un corps par unité de volume absolu de la matière pleine (volume de matière seule sans tenir compte les vides et les pores). Elle est exprimée en (g/cm3 , kg/m3 ou T/m3 ). La figure suivante explique la méthode de détermination de la masse volumique absolue d’une matière.
Porosité et compacité : La porosité est le rapport du volume vide au volume total de la matière. La compacité est le rapport du volume solide au volume total de la matière.
𝑷 = (𝑽𝒗𝒊𝒅𝒆 /𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 )×𝟏𝟎𝟎(%)
𝒄 = (𝑽𝒔𝒐𝒍𝒊𝒅𝒆 /𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍) ×𝟏𝟎𝟎(%)
La porosité et la compacité sont liées par la relation suivante :
p + c = 1
L’humidité : L’humidité est une des propriétés importante des matériaux de construction. C’est la teneur en eau réelle d’un matériau qui contient dans les pores. En général l’humidité est notée W et s’exprimée en pourcentage (%). On peut déterminer l’humidité de matériaux quelconques en utilisant la formule suivante :
𝑾 =( (𝑮𝒉 − 𝑮𝒔) /𝑮𝒔 )×𝟏𝟎𝟎
Où Gs : la masse sèche d’échantillon (après passage à l’étuve)
Gh : la masse humide d’échantillon.
Le degré de l’humidité des matériaux dépend de beaucoup de facteurs, surtout de l’atmosphère où ils sont stockés, le vent, la température et de la porosité du matériau.
Dégré de saturation (Teneur en eau) : Un des plus importants facteurs influençant la résistance est le degré de saturation. On a remarqué que les matériaux absorbants de l’eau, ont une résistance certainement diminuée. C’est pourquoi on doit déterminer le degré de saturation de matériaux.
Lorsque tous les vides d’un corps sont remplis d’eau, on dit qu’il est saturé. Le degré de saturation est le rapport du volume de vide rempli d’eau au volume total de vide. Il représente l’absorption maximale de matériaux sous les conditions de pression et de température. Il y a deux moyens pour réaliser la saturation dans les échantillons de matériaux: l’immersion des échantillons dans l’eau bouillante et à la saturation en pression d’air pour déterminer le degré de saturation en pression d’air
Le degré de saturation peut se calculer par la formule suivante:
où BH – est le degré de saturation (%) Gsat – est la masse d’échantillon au moment de saturation. Gs – est la masse sèche d’échantillon. V0 – est le volume apparent du matériau
Mais de toutes façons, on ne peut pas remplir entièrement les vides de l’échantillon d’eau, c’est pourquoi il est obligatoire de présenter cette valeur en une autre solution: "coefficient de saturation", notée CBH et exprimée en %. Ce coefficient peut être calculé avec la formule suivante:
où γ – est le degré de porosité. BH – est le degré de saturation
A la place de la saturation, on utilise aussi la teneur en eau d’un matériau. Elle est le rapport du poids d’eau contenu dans ce matériau au poids du même matériau sec. On peut aussi définir la teneur en eau comme le poids d’eau W contenu par unité de poids de matériau sec.
Les propriétés chimiques
Les propriétés chimiques déterminent la stabilité chimique d’un matériau qui est un pouvoir de ce matériau en service de résister à l’action chimique des acides ou à l’action des facteurs atmosphériques comme l’humidité, température,…etc. Elles sont définies par leurs réactivité (aptitude à réagir) avec des environnements chimiques où ils sont situés (air, l'eau, huiles, eau salée...). Ces environnements sont définis par leur caractère acide ou basiques ou par la présence d'un élément réactif (oxygène, solvant ...).
Généralement , ces propriétés sont fournies par les fabricants des produits sous formes de fiches. la figure suivante présente une fiche des caractéristiques des produits du groupe REVOL et leur capacité à résister aux interactions avec l'environnement.
Les propriétés mécaniques
Les propriétés mécaniques des matériaux sont caractérisées par la capacité de résister à toute sollicitation extérieure (compression traction, flexion, fluage……...etc.). Elle est définie par la contrainte maximale de rupture d’un matériau sous un chargement extérieur (force, poids……). On distingue principalement : La résistance en compression, la résistance en traction (directe ou par flexion), etc...
La déformation :La déformation est une des propriétés essentielles pour des matériaux de construction. Selon la caractérisation des déformations, on distingue la déformation élastique lorsque l’on effectue un essai de mise en charge et si, après décharge le corps reprend les mêmes formes qu’il avait avant l’essai et qu’il ne reste aucune déformation résiduelle, on dit que le corps a un comportement parfaitement élastique.
La déformation est dite plastique, si après décharge le corps ne reprend pas les mêmes formes qu’il avait avant l’essai .
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