Mise en œuvre et emploi des matériaux de construction

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1 Christian Lemaitre Mise en œuvre et emploi des matériaux de construction Sols Pierres Terres cuites Liants hydrauliques Bétons Métaux & alliages métalliques Bois Verre & vitrages Dégradations, protection, maintenance Préoccupations sociétales Groupe Eyrolles, 2012, ISBN :

2 Table des matières CHAPITRE 1. Les sols Introduction Les roches en géologie Roches magmatiques Roches sédimentaires Roches métamorphiques Les sols en géotechnique Le squelette solide Gaz dans les sols L eau dans les sols Pondération des sols Sols cohérents ou pulvérulents Comportement des sols cohérents Limites d Atterberg Argilosité et propreté du sol La VBS Propreté Granulométrie et classification des sols Courbe de granulométrie Abaque de Taylor Abaque de Casagrande Classification normalisée Hydraulique des sols Charge hydraulique dans un sol saturé Gradient hydraulique Loi de Darcy, perméabilité des sols... 17

3 VIII Mise en œuvre et emploi des matériaux de construction 1.6 Propriétés mécaniques des sols et cohésion Compressibilité Cisaillement par compression Contraintes admissibles Techniques de renforcement des sols meubles Le drainage Le drainage vertical Le drainage sous vide La congélation La méthode ouverte La méthode fermée Le compactage Le compactage dynamique Le vibro-compactage La consolidation par colonnes Les plots et colonnes ballastés Le jet de coulis La consolidation chimique CHAPITRE 2. Les pierres Introduction Nature des pierres à bâtir Basalte Granite Calcaire Meulières Grès Gneiss Schistes Marbres Extraction et conservation Extraction Conservation Examens minéralogiques Examen visuel et à la loupe Examen au microscope optique ou électronique Caractérisation et propriétés Caractéristiques normalisées... 34

4 Table des matières IX Masse volumique Absorption d eau Résistance mécanique Autres caractéristiques Propagation du son Résistance à l usure Propriétés thermiques Gélivité Résistance au feu Utilisations et critères de choix Éléments de structure Éléments d enveloppe Toitures : lauzes et ardoises Murs extérieurs : parements et bardages La laine de roche CHAPITRE 3. Les terres cuites Introduction Production et mise en forme Les matières premières La terre crue La terre cuite La mise en forme La cuisson La finition Production La brique : propriétés Premier examen Dimensions Spécifications Résistance mécanique Coefficient d absorption d eau par remontée capillaire Résistance au gel, durabilité Dilatation à l humidité Éclatement Adhérence au mortier Réaction au feu Propriétés thermiques et hydriques Propriétés acoustiques Salubrité... 55

5 X Mise en œuvre et emploi des matériaux de construction 3.4 Les murs de brique Les briques HD et LD Stabilité d un mur Structures horizontales en briques Planchers Planchers à poutrelles métalliques préenrobées Planchers à poutrelles précontraintes Plafonds suspendus Entrevous Les toitures : fonctions et caractéristiques Définitions, terminologie Fonctions d une toiture Toitures chaudes, toitures froides : ventilations sous toitures Choix de matériaux et poids de couverture Pente minimale d une toiture Les tuiles en terre cuite : typologies et spécificités Caractéristiques des tuiles Les tuiles canal Les tuiles plates Les tuiles à emboîtement Choix du type de tuiles Autres applications de la terre cuite Boisseaux pour conduits de cheminée Tuyaux de drainage Briques décoratives Pavés autobloquants Granulats d argile et schiste expansés (structure alvéolaire), mousse d argile Les carrelages CHAPITRE 4. Les liants hydrauliques Introduction La chaux Éléments historiques Fabrication de la chaux aérienne Caractérisation et utilisation des chaux aériennes Les chaux hydrauliques Cycle de la chaux hydraulique Propriétés et utilisations des chaux hydrauliques... 82

6 Table des matières XI 4.3 Les silico-calcaires Le plâtre Fabrication Propriétés du plâtre Thermo-hygrométrie Propriétés acoustiques Tenue au feu Plâtre et environnement Le clinker Formulation du clinker Fabrication du clinker Les ciments Composition des ciments courants Résistance mécanique des ciments courants Ciments spéciaux Propriétés de ciments Surface spécifique de la poudre de ciment Masse volumique de la poudre de ciment Début de prise de la pâte Retrait Épaisseur minimale Comparaison des propriétés des chaux et ciments CHAPITRE 5. Les bétons Introduction Les différents bétons : compositions, caractéristiques Généralités Les granulats Optimum granulaire d un mélange Les adjuvants Le béton frais Comportement rhéologique du béton frais Le vibrage des bétons Caractérisation de la plasticité d un béton frais Méthode d Abrams Méthode Vébé

7 XII Mise en œuvre et emploi des matériaux de construction 5.4 Hydratation des bétons de ciment Durcissement Échauffement Retrait endogène Le béton durci Retrait des bétons Caractéristiques mécaniques Rôle de la composition sur la résistance Désignation normalisée Élasticité (déformation instantanée) Fluage (déformation différée) Propriétés thermiques Dilatation thermique Conductivité Capacité calorifique Tenue au feu Propriétés acoustiques Résistance aux expositions agressives Formulation d un béton à partir du cahier des charges Le béton armé Généralités Les différents types d armatures Adhésion des armatures Enrobages des armatures Le béton précontraint Généralités Principe Mode opératoire Positionnement des câbles Précontrainte centrée Précontrainte excentrée Le béton cellulaire Généralités Fabrication Propriétés Produits Les blocs Les panneaux Autres produits Les éléments préfabriqués en béton Généralités

8 Table des matières XIII Les blocs traditionnels en béton Formes et dimensions Caractérisation mécanique Les panneaux Systèmes de plancher Autres produits Les bétons hautes performances (BHP et BTHP) Généralités Rôle de l eau Rôle de la granulométrie Actions du superplastifiant Performances des BHP Les bétons autoplaçants (BAP) Principe Formulation Validation de la formule Classification des BAP Les bétons fibrés et les BFUP Généralités Principe Propriétés et utilisations Fibres organiques : polypropylène Fibres minérales : verre Fibres métalliques : acier Les bétons fibrés à ultra hautes performances (BFUP) CHAPITRE 6. Les métaux et alliages métalliques Introduction Avantages et inconvénients des métaux Une résistance à la traction et une élasticité que n a pas le béton Un ratio résistance/poids intéressant Une mise en œuvre simplifiée Une bonne conductivité thermique et électrique Incombustibilité et tenue au feu Transmission et réverbération acoustique Tenue dans la durée et résistance à la corrosion Les alliages métalliques Mélanges et combinaisons Les composés définis

9 XIV Mise en œuvre et emploi des matériaux de construction Les solutions solides Diagrammes de phases Les fontes et les aciers Le fer, généralités Le fer et le carbone Élaboration des fontes et des aciers : la sidérurgie Réduction des oxydes dans le haut-fourneau Affinage de la fonte Microstructures des fontes et des aciers Demi-produits Traitements thermiques Les différents types d aciers Les produits finis Les poutrelles métalliques Les câbles L aluminium et ses alliages Généralités Obtention de l aluminium Propriétés mécaniques et physiques Les alliages d aluminium Tenue aux milieux agressifs des alliages d aluminium Usages des alliages d aluminium Le cuivre et ses alliages Généralités Obtention du cuivre Propriétés du cuivre Les alliages de cuivre Les usages du cuivre Le zinc Généralités Obtention du zinc Voie pyrométallurgique Voie hydrométallurgique Propriétés du zinc Les alliages de zinc La galvanisation Les usages du zinc dans le bâtiment Le plomb Généralités Quelques usages particuliers du plomb

10 Table des matières XV CHAPITRE 7. Le bois et ses dérivés Introduction Les arbres et les forêts Les arbres Les forêts Gestion durable des forêts Structure et composition du bois Croissance de l arbre Microstructure du bois Composition chimique Propriétés physiques du bois Masse volumique Hygroscopie du bois Fixation et retrait de l eau Taux d humidité du bois Séchage du bois Propriétés mécaniques Propriétés thermiques Dilatation thermique Conductivité thermique Comportement au feu Réaction au feu Résistance au feu Ignifugation du bois Propriétés acoustiques Classification du bois de construction Classification visuelle Classification mécanique Dimensions Produits dérivés du bois Généralités Les liants Aspects normatifs Adhésifs thermodurcissables Adhésifs thermoplastiques Colles naturelles Liants hydrauliques Les panneaux Panneaux de particules

11 XVI Mise en œuvre et emploi des matériaux de construction Panneaux de lamelles orientés (OSB) Panneaux de fibres, panneaux moyenne densité (MDF) Les plaques et lamelles Le contreplaqué Le lamibois (LVL) Le déroulé-découpé lamelles longues (PSL) Le tranché-découpé lamelles minces orientées (LSL) Les dérivés du bois scié Le lamellé-collé Le contrecollé Les panneautés Les lamellés-collés aboutés CHAPITRE 8. Le verre et les vitrages Introduction Élaboration des verres Composition des verres Verre soufflé Verre coulé Verre étiré Procédé de la «glace flottée» («float-glass») Verres thermoformés Verres trempés Verres feuilletés Traitements de surface La laine de verre L état vitreux Structure des verres Transition vitreuse Propriétés du verre Propriétés mécaniques Propriétés optiques et thermiques, vitrages isolants Facteur solaire (FS) Coefficient de transmission lumineuse (TL) Coefficient de réflexion lumineuse (RL) Propriétés des vitrages Propriétés acoustiques Tenue au feu Stabilité chimique

12 Table des matières XVII 8.5 Les vitres extérieures : calcul des vitrages Les trois types de vitrages extérieurs Bases du calcul Pression du vent sur les vitrages verticaux Déformations admissibles Les menuiseries pour les vitrages Fonctionnalités des feuillures Classement AEV Réglementation thermique (RT) pour les vitrages CHAPITRE 9. Les matériaux dans la durée : dégradations, protection, maintenance Introduction Paramètres physico-chimiques des détériorations Rôle de l eau Rôle de l atmosphère Rôle de la température Rôle du rayonnement lumineux Dégradations et protection des bétons Carbonatation Action des chlorures Action des sulfates Rôle du gel-dégel Alcali-réactions Attaque chimique Retrait du béton Corrosion aqueuse et atmosphérique des métaux, protection Corrosion atmosphérique Conditions de la corrosion aqueuse, diagrammes E-pH Couplages de métaux, série galvanique Corrosion du fer dans les bétons Corrosions localisées : piqûres, cavernes, fissures Protection par passivation des métaux Prévention : aciers inoxydables et aciers patinables Protection cathodique du fer et des aciers Biodétérioration des métaux Protection contre la corrosion par traitement des surfaces

13 XVIII Mise en œuvre et emploi des matériaux de construction 9.5 Dégradation et protection du bois L eau dans le bois Les déformations du bois : anisotropie de retrait, prévention Action des champignons, remèdes Action des insectes, prévention CHAPITRE 10. Matériaux de construction et préoccupations sociétales Introduction Toujours plus de résistance Augmenter la durée de vie des constructions Diminuer la consommation énergétique Améliorer le confort des usagers Santé et sûreté de fonctionnement Développement durable Bibliographie Index