Caractéristiques. des matériaux

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Mireille Martin
il y a 7 ans
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1 Caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux Yvon LESCOUARC H

2 Matériaux de construction Acier Aluminium, zinc, cuivre Béton Bois Verre Polycarbonate

3 Caractéristiques physiques Densité Coefficient de dilatation thermique Conductivité thermique Température de fusion

4 Caractéristiques mécaniques Contrainte limite d élasticité Module d élasticité Contrainte de rupture Allongement à la rupture Fragilité

5 unités de mesure des contraintes MPa N/mm 2 (1 N/mm 2 = 1 MPa) dan/mm 2 (1 dan/mm 2 = 10 MPa) kg/mm 2 (1 kg/mm 2 = 10 MPa) bar (1 bar = 1 kg/cm 2 = 0,1 MPa)

6 l acier

7 CARACTERISTIQUES PHYSIQUES Masse volumique : kg/m 3 Température de fusion : C Dilatation thermique : 27 C -> 0,3 mm/m

8 CARACTERISTIQUES MECANIQUES Essai de traction (résistance) Essai de flexion par choc (résilience)

9 Essai de traction de l acier

10 module d élasticité : E = dan/mm 2 N/A = E dl/l ou dl = N.L / E.A

12 Essais normalisés de traction

14 RESISTANCE DE L ACIER (nuances d acier) S 235 : contrainte limite d élasticité 235 Mpa (soit 24 kg/mm 2 ) S 355 : contrainte limite d élasticité 355 Mpa (soit 36 kg/mm 2 )

15 ALLONGEMENT A LA RUPTURE L acier est «ductile» : allongement à la rupture : environ 26% pour l acier S 235

16 CARACTERISTIQUES MECANIQUES Essai de traction (résistance) Essai de flexion par choc (résilience)

18 Rupture fragile de l acier

19 les métaux Acier Aluminium Cuivre Zinc

20 masse volumique métal masse volumique cuivre kg/m 3 acier kg/m3 zinc kg/m3 aluminium kg/m3

21 température de fusion métal température acier C cuivre C aluminium 658 C zinc 419 C

22 dilatation thermique métal dilatation acier 1,00 cuivre 1,43 aluminium 2,00 zinc 2,52

23 déformations sous charges métal déformation acier 1,0 cuivre 1,8 zinc 2,7 aluminium 3,0

24 contrainte de rupture métal contrainte (MPa) acier 360 à 540 cuivre 210 à 300 zinc 250 aluminium 110 à 240

25 le béton

26 masse volumique béton non armé : kg/m 3 béton armé : kg/m 3

27 dilatation thermique identique pour béton et acier 27 C -> 0,3 mm/m

28 résistance du béton pour plus de résistance : plus de ciment moins d eau. classe 20 = rupture sous 20 MPa

29 mesure par essai normalisé

30 Résistance caractéristique du béton résistance à la compression à 28 jours f c28 = 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 MPa désignation du béton : B 16, B 20,, B 50 - compression : 20 à 40 MPa - traction : 2 à 5 MPa

31 déformation sous charges instantanée = 7 fois déf. acier différée = 14 fois déf. acier (fluage) totale = 21 fois déf. acier

32 LE BOIS

33 dilatation thermique bois : 1 -> acier : 3

34 bois = matériau hygroscopique absorbe et rejette l humidité de l air avec variations dimensionnelles du bois

35 Classification botanique - résineux (pin maritime, pin sylvestre, épicéa, sapin, mélèze, douglas, red cedar) - feuillus européens (chêne, hêtre, peuplier, châtaignier, érable, frêne, orme) - feuillus tropicaux (acajou, okoumé, iroko, sipo, teck )

36 masse volumique avec teneur en eau de 12% 300 à 400 kg/m 3 : red cedar 400 à 500 kg/m 3 : peuplier, sapin, épicéa 500 à 600 kg/m 3 : pin, mélèze 600 à 700 kg/m 3 : chêne, châtaignier 1000 à 1100 kg/m 3 : ébène

37 déformations sous charges acier : 1 feuillus : environ 15 résineux : environ 20

38 bois = matériau hétérogène - duramen et aubier - cernes de croissance - fibres longitudinales - singularités : les noeuds

39 Bois = matériau fibreux, anisotrope Ses caractéristiques de résistance ne sont pas les mêmes dans toutes les directions Meilleures dans le sens des fibres du tronc (ou sens axial)

40 Contrainte de rupture en compression axiale chêne, pin maritime, douglas, épicéa, sapin environ 50 MPa

41 Contrainte admissible en compression axiale 8 à 11 MPa suivant les classes de résistance (C18, C22, C24, C27, C30)

42 Contrainte admissible en traction axiale 5 à 8 MPa suivant les classes de résistance (C18, C22, C24, C27, C30)

43 LE VERRE

44 CARACTERISTIQUES PHYSIQUES Masse volumique : kg/m 3 Température de fusion : environ 850 C Dilatation thermique : acier 1 verre 0,7

45 écarts de températures admissibles Verre recuit : 20 à 40 C Verre trempé : 200 C à 300 C Vitrocéramique : 800 C

46 déformations sous charges acier : 1 verre : 3

47 RESISTANCE A LA RUPTURE à la compression : 1000 MPa à la traction : - verre recuit : 40 MPa - verre trempé : 150 MPa

48 FRAGILITE Verre = matériau fragile (casse sous chocs ou variations rapides de contraintes)

49 LES PLASTIQUES le polycarbonate le PVC le plexiglas le polyester le nylon le polystyrène

50 Caractéristiques de quelques matériaux Matériau Densité fusion C R Traction MPa Acier S 235 7, Polycarbonate 1, Plexiglas 1,2 70 PVC 1, Verre 2, à 150

51 déformations sous charges acier : 1 verre : 3 plexiglas : 70 PVC, polycarbonate : 85

53 dilatation thermique acier : 1 PVC : 5 à 7

54 Coefficients de sécurité contrainte de rupture / contrainte admissible acier : environ 1,5 béton : environ 1,75 (compr) verre : environ 3 à 4 (tract.) bois : environ 4 à 5 (compr.)

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