Les propriétés physico-chimiques des matériaux de construction

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Ce manuel contient les connaissances de Base conduisant au choix des matériaux dans le domaine de la construction.
Tous les paramètres sont examinés : sollicitations mécaniques ou liées au climat, tenue au feu, problèmes relatifs à la san


Ce manuel contient les connaissances de Base conduisant au choix des matériaux dans le domaine de la construction.



Tous les paramètres sont examinés : sollicitations mécaniques ou liées au climat, tenue au feu, problèmes relatifs à la santé dans les habitations, isolation thermique (en relation avec les questions d'aération et d'humidité dans les locaux), confort acoustique ou encore ambiances lumineuses.



À la description de chacun des matériaux sont associées les normes, la règlementation et les notions concernant les constructions durables.



Dans une pagination réduite cette initiation moderne à l'indispensable connaissance des matériaux de construction et de leurs fonctionnalités s'adresse en priorité aux élèves et aux étudiants en génie civil abordant pour la première fois les matériaux de construction dans les IUT, dans les licences de matériaux, dans les Masters pro et dans les écoles d'ingénieurs orientées BTP (UT, ESITC, ESTP, INSA, etc.).



Les formateurs et les stagiaires de la formation continue y trouveront l'essentiel de ce qu'il faut savoir.




  • Matière et matériaux


  • Propriétés rhéologiques et mécaniques des matériaux


  • Matériaux, sécurité et réglementation


  • Comportement thermique et hygroscopique des matériaux


  • Comportement acoustique et optique des matériaux

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 02 février 2012
Nombre de visites sur la page 167
EAN13 9782212025187
Langue Français

Informations légales : prix de location à la page 0,0097 €. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

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Christian Lemaitre
Les propriétés physico-chimiques des matériaux de construction Matière & matériaux | Propriétés rhéologiques & mécaniques | Sécurité & réglementation | Comportement thermique, hygroscopique, acoustique et optique
ÉDITIONS EYROLLES 61, bd Saint-Germain 75240 Paris Cedex 05 www.editions-eyrolles.com
Chez le même éditeur, en coédition avec Construir’Acier: Marc Landowski & Bertrand Lemoine,Concevoir et construire en acier,112 pages (en couleurs), 2011 Collectif,Lexique de la construction métallique, 272pages, 2012
et des dizaines de livres de construction, de génie civil et d’architecture dans le catalogue en ligne des éditions Eyrolles : www.editions.eyrolles.com
Sauf mentions contraires, les visuels sont de l’auteur.
En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans l’autorisation de l’Éditeur ou du Centre Français d’exploitation du droit de copie, 20, rue des Grands Augustins, 75006 Paris.
© Groupe Eyrolles, 2012, ISBN : 978-2-212-13392-9
Table des matières
Matière et matériaux CHAPITRE 1. 1.1 Introduction 1.2 Définitions 1.2.1 Éléments chimiques et atomes 1.2.2 Composés chimiques, corps simples et molécules 1.3 Les états de la matière 1.3.1 Les gaz 1.3.2 Les liquides 1.3.3 Les solides 1.3.3.1Solides non cristallins 1.3.3.2Solides cristallins 1.3.4 Vibrations de réseau 1.4 Changements d’état 1.4.1 Définitions 1.4.2 Diagramme d’état 1.5 Liaisons dans les solides 1.5.1 Les liaisons de valence 1.5.2 Les liaisons ioniques 1.5.3 Les liaisons métalliques 1.5.4 Les liaisons faibles 1.5.5 Mixité des liaisons 1.6 Liaisons et cohésion dans les cristaux 1.7 Caractéristiques des matériaux et courbe de cohésion 1.7.1 Dilatation thermique 1.7.2 Déformation élastique 1.7.2.1Définitions 1.7.2.2Énergie de liaison et élasticité 1.7.3 Déformation plastique 1.7.3.1Cristal réel 1.7.3.2Mécanisme de la déformation plastique 1.7.4 Rupture du matériau 1.8 Propriétés fonctionnelles des matériaux 1.9 Les classes de matériaux 1.9.1 Sols et pierres 1.9.2 Métaux et alliages 1.9.3 Céramiques 1.9.4 Verres 1.9.5 Polymères 1.9.6 Élastomères 1.9.7 Composites 1.10 Les matériaux de construction 1.10.1 Les sols
1matériaux de structure.10.2 Les 1.10.3 Les matériaux d’enveloppe 1.10.4 Les matériaux de second œuvre
CHAPITRE 2.Propriétés rhéologiques et mécaniques des matériaux 2.1 Introduction 2.2 Définitions et rappels 2.2.1 Rhéologie 2.2.2 Statique 2.2.2.1Masse et poids 2.2.2.2Moment d’une force 2.2.2.3Principe d’action-réaction 2.2.2.4Somme de forces 2.2.2.5Équilibre 2.3 La courbe de traction 2.3.1 L’essai de traction 2.3.1.1Domaine élastique 2.3.1.2Domaine plastique 2.3.1.3Rupture 2.3.2 Ductilité – fragilité 2.3.3 La striction 2.3.4 Le coefficient de Poisson 2.4 Autres déformations 2.4.1 Les essais de compression 2.4.2 Les essais de flexion 2.4.3 La torsion 2.4.4 Le tenseur des contraintes 2.5 Dureté et résilience 2.5.1 Essai de dureté 2.5.2 Essai de résilience 2.6 Notions de statique 2.6.1 Hypothèses de base 2.6.1.1Linéarisation 2.6.1.2Superposition 2.6.1.3Forces internes 2.6.2 Les poutres 2.6.2.1Définitions 2.6.2.2Appuis des poutres 2.6.2.3Efforts dans les poutres 2.6.2.4Conventions de signe 2.6.3 Chargement des poutres 2.6.3.1Chargement réparti 2.6.3.2Chargement ponctuel 2.6.3.3Réactions aux appuis 2.6.3.4Contraintes internes 2.7 Déformation des poutres 2.7.1 Moment d’inertie 2.7.1.1Définitions 2.7.1.2Moments principaux
2.7.1.3Surfaces composées 2.7.1.4Moments d’inertie de quelques sections usuelles 2.7.2 Staticité des systèmes de poutres 2.7.3 Allongement élastique en traction (ou rétrécissement en compression) 2.7.4 Déformation en flexion 2.7.4.1Flexion pure 2.7.4.2Flexion composée 2.7.5 Flèche d’une poutre 2.8 Diagramme des moments fléchissants
RE 3.Matériaux, sécurité et réglementation CHAPIT 3.1 Introduction 3.2 Stabilité des structures et règles de sécurité : principes 3.3 Les états limites et les Eurocodes 3.3.1 Bases du calcul 3.3.2 Description des Eurocodes 3.3.3 Les actions 3.3.4 Combinaisons d’actions 3.3.5 Sollicitations, contraintes, déformations 3.4 Inflammation et combustion des matériaux 3.4.1 Variation des propriétés des solides avec la température 3.4.2 Inflammabilité de la matière 3.4.3 Combustion 3.4.4 L’incendie 3.4.4.1Paramètres de l’incendie 3.4.4.2La propagation du feu 3.4.4.3Les phases de l’incendie 3.5 Comportement au feu des matériaux 3.5.1 La réaction au feu des matériaux 3.5.2 La résistance au feu des éléments de structure 3.6 Règles de sécurité incendie pour les constructions 3.6.1 Prévention, prévision, intervention 3.6.2 Prévision : classement des bâtiments 3.6.2 Mesures de protection 3.6.2.1Le bois 3.6.2.2L’acier 3.6.2.3Le béton 3.7 Matériaux et santé dans les constructions 3.7.1 Identifier et recenser les risques 3.7.1.1Localisation 3.7.1.2Conception du bâtiment et environnement intérieur 3.7.1.3Usage du bâtiment et environnement intérieur 3.7.2 Pollution chimique de l’air intérieur 3.7.2.1L’amiante et les isolants 3.7.2.2Les composés organiques volatils(COV) 3.7.2.3Le radon et la radioactivité 3.7.3 Pollution des eaux sanitaires 3.7.3.1Le plomb
3.7.3.2Les légionelles
CHAPITRE 4.Comportement thermique et hygroscopique des matériaux 4.1 Introduction 4.2 Modes de transmission de la chaleur 4.2.1 Généralités 4.2.2 Les trois modes de transfert thermique 4.2.2.1La conduction 4.2.2.2La convection dans les fluides 4.2.2.3La radiation(ou le rayonnement) 4.3 Conduction thermique 4.3.1 Bases de thermique 4.3.2 Bilans énergétiques 4.3.3 Conduction d’une cloison séparative 4.4 Échanges superficiels 4.4.1 Convection à l’interface fluide-solide 4.4.2 Échanges par rayonnement à la surface d’un solide 4.4.3 Somme des échanges à travers une paroi 4.5 Les isolants thermiques 4.5.1 Principes de l’isolation 4.5.2 Les matériaux isolants 4.5.2.1Les isolants végétaux 4.5.2.2Les isolants minéraux 4.5.2.3Les isolants synthétiques 4.6 Fonctionnement thermique des parois 4.6.1 Principe 4.6.2 Méthode de calcul 4.7 Température de l’air et humidité : la condensation 4.7.1 Pression de vapeur saturante 4.7.2 Diagramme de l’air humide 4.7.2.1Rôle de l’humidité absolue 4.6.2.2Établissement du diagramme psychrométrique de Mollier 4.8 Production d’humidité et renouvellement de l’air 4.8.1 Activité dans les locaux 4.8.2 Hygrométrie 4.9 Diffusion de la vapeur dans les solides 4.9.1 Mécanisme de la diffusion 4.9.2 Paramètres de la diffusion 4.9.2.1Perméabilité d’un matériau 4.9.2.2Perméance d’une paroi 4.9.2.3Résistance à la diffusion d’une paroi 4.9.2.4Analogie des paramétres de températu re et de pression de vapeur d’eau 4.9.3 Exemples de valeurs de perméabilité 4.10 Risques de condensation dans les parois 4.10.1 Description du problème 4.10.2 Mise en évidence des risques 4.10.3 Solutions possibles
CHAPITRE 5.Comportement acoustique et optique des matériaux 5.1 Introduction 5.2 Les ondes 5.2.1 Les ondes élastiques 5.2.2 Les ondes électromagnétiques 5.3 Acoustique et architecture 5.3.1 Onde acoustique et matériaux 5.3.1.1Vitesse de propagation 5.3.1.2Réflexion et réfraction d’une onde aérienne par un solide 5.3.1.3Transmission et atténuation du son 5.3.2 Niveau sonore et puissance acoustique 5.3.3 Coefficient d’absorption d’un local 5.3.3.1Spectre d’absorption d’un matériau 5.3.3.2Aire équivalente d’un local 5.3.4 Temps de réverbération, aménagement des locaux 5.3.4.1Formule de Sabine 5.3.4.2Correction acoustique 5.3.5 Indice d’affaiblissement acoustique d’une paroi 5.3.5.1Définitions 5.3.5.2Bruits standardisés 5.3.5.3Loi de masse(parois simples) 5.3.5.4Performances de parois composées 5.3.6 Isolement acoustique d’un local par une paroi 5.3.7 Réglementation acoustique des bâtiments (NRA) 5.4 Lumière et matériaux 5.4.1 Onde optique et matériaux 5.4.1.1Vitesse de la lumière dans les matériaux 5.4.1.2Transparence, opacité et couleur 5.4.2 Réflexion et réfraction de la lumière naturelle 5.4.2.1Loi de Snell-Descartes 5.4.2.2Réflexion et éclat 5.4.3 Transmission et atténuation de la lumière naturelle 5.4.4 Facteurs énergétiques et optiques d’un élément 5.4.4.1Facteur solaire(FS) 5.4.4.2Coefficient de transmission lumineuse(TL) 5.4.4.3Le coefficient de réflexion lumineuse(RL)
Bibliographie Index
Aoant-prOpOs
Très sOuoent appréhendés de façOn intuitioe, les matériaux de cOnstructiOn sOnt parfOis mis en œuore aoec l’idée que les bOnnes pratiques serOnt acquises sur le terrain. Un prOfessiOnnel ne peut pas aoOir pareille apprOche, car il lui faut garantir à sOn client une durée de oie satisfaisante des Ouorages et des fOnctiOns qu’On en attend. C’est pO urquOi il est indispensable qu’un technicien Ou un ingénieur interoenant dans le dOmaine du BTP acquière des cOnnaissances de base sur les matériaux mis en œuore et puisse les relier aux nOrmes et à la réglementatiOn en oigueur. NOus présentOns ici les fOnctiOnnalités des matéria ux et abOrdOns les principes des réglementatiOns qui garantissent leur bOn usage. Il est fait le plus sOuoent appel au cOmpOrtement physicO-chimique qui permet à ces matériaux d’assurer leurs dioerses fOnctiOns : mécanique : cOhérence, stabilité, résistance, défOrmatiOns, etc. ; chimique : réactioité, oOlatilité, résistance au feu, santé, dégradatiOn, etc. ; thermique : isOlatiOn, cOmpOrtement hygrOscOpique, étanchéité ; acOustique : transmissiOn, absOrptiOn Ou réflexiOn des sOns ; Optique : cOnfOrt lumineux et appOrts thermiques. NOus aoOns fait tOute leur place aux règles général es et aux méthOdes qui sOnt assOciées à ces fOnctiOns et permettent de s’assurer du bOn usage d es matériaux, en prenant en cOmpte le déoelOppement durable : sécurité et stabilité des structures ; cOnfOrt thermique et étanchéité ; cOmpOrtement au feu ; bâtiment et santé. Dans un Ouorage distinct, cOmplémentaire de celui-ci, nOus étudierOns un à un les différents types de matériaux en décrioant leur élabOratiOn, leur mise en œuore, leurs caractéristiques spécifiques, leur rôle et leurs déclinaisOns dans le bâtiment. Si l’On oeut appréhender les prOpriétés mises en jeu, l’apprOche fOnctiOnnelle déoelOppée dans cet Ouorage est essentielle. Ce liore s’adresse à des lecteurs ayant un nioeau d’études scientifiques équioalent à celui que l’On acquiert à l’unioersité après un bac + 2. Il ne cOn stitue tOutefOis qu’une intrOductiOn aux matériaux de cOnstructiOn car les questiOns traitées ne fOnt que suroOler cette oaste discipline. Les étudiants en DUT Génie cioil Ou en début de fOrmati On d’ingénieur dans ce secteur deoraient pOuoOir en tirer prOfit, cOmme les étudiants des écOles d’architecture.
Remerciements
Ce travail est le reflet et l’approfondissement du cours que, depuis 2005, je donne à des élèves ingénieurs qui entament à l’Université de technologie de Compiègne leur cycle de formation en systèmes urbains (GSU) ; au départ, les deux notion s de matériau et de construction sont étrangères à la plupart d’entre eux. Dans ce rôle d’enseignant, j’ai succédé à Mathieu C hazelle qui avait mis en place ce module de cours en 2000. J’ai profité de son expertise et de la précieuse documentation qu’il m’a laissée ; je le remercie amicalement et chaleureusement pour sa contribution aussi involontaire que déterminante à la rédaction de cet ouvrage. Enfin, ces remerciements seraient incomplets si je n’y associais pas mes collègues du département GSU à l’ Université car je les ai plus d’une fois bousculés pour obtenir d’indispensables informations ! Et, bien sûr, je dédie ce travail à ma famille : Jo sette, Cécile, Christine, Lucille, Helena, Jérôme, Benoît et Arthur.