projet mesure

Mini Projet 2013

Mini Projet

Mesure et Instrumentations

Matériaux de Construction

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Perspectives historiques

Il y a 500 000 ans

Il y a 1 000 ans

Il y a

500

ans

~10

ans

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0

Mortier pour

les joints de

briques en

bitume

5000

Aggregats et

Fibres pour

renforcement

Encadrements

des portes et

poutres en

bois

4000

Objets en

verre

3000

8000 av.JC

Brique

en boue

et argile

6000

Obj. En

céramique

briques en

terre cuite

Murs en briques

couverts d'un

enduit de gypse

Mortier de

chaux et

chaux

hydraulique

1000

Béton à base de

chaux hydraulique

et roche

pouzzolanique

100

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Les passerelles

Le bois, reconstruction 1904

original 1749

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La pierre naturelle, 1640

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La fonte, 1823

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Acier, début 20 ème siècle

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Le béton renforcé et acier, 1960

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Coût / consommation des matériaux

Source: INTRODUCTION à LA SCIENCE DES MATÉ RIAUX, Mercier, Zambelli, Kurz

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Perspectives économiques

En Europe l’industrie de la construction c’est:

• 800 milliards Euro / an

• 30 millions employés

• 20% de workforce

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Utilisation des matériaux

Choix du matériau le plus adapté aux applications envisagées.

Les critères de choix des matériaux doivent tenir compte des facteurs suivants :

• fonctions principales de la construction :

Modes de mise en charge, des températures et des conditions

générales d’utilisation.

• comportements intrinsèques du matériau : résistance à la

rupture, à l’usure, à la corrosion, conductibilité, etc.;

• prix de revient des diverses solutions possibles.

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Fonctions Mat. de Construct.(2)

Echanges avec l'extérieur:

• éviter la pénétration de pluie, de neige, de vent

– étanchéité (watertight)

– ventilation contrôlée

• thermique

– isolation thermique

• phonique

• optique

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Fonctions Mat. de Construct.

Mécanique:

• stabilité pour ne pas s’effondrer

– rigidité (stiffness)

– résistance à la compression (compressive strength)

– résistance à la tension (tensile strength)

• durabilité

– fluage (creep)

– relaxation (relaxation)

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Considérations environnementales

Généralités

Les matériaux de construction en général (à

l’exception de quelques métaux) ne sont:

• ni toxiques

• ni particulièrement polluants

MAIS

Etant donné les énormes volumes utilisés, il faut

considérer leur impact sur l’environnement et dans

un contexte de développement durable

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Considérations

• Disponibilité des matières 1ères

• Extraction des matières 1ères

• Energie utilisée pour la fabrication

• Considérations de la santé et de la sécurité

• Recyclabilité

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Bétons

• ! Les matériaux les plus utiliser

(>10 les autres) • !

Matériaux fabriquer sur site

1

Pourquoi le matériel le plus utiliser?

Disponibilité - Mat. 1ère partout dans le monde

faible coût énergétique

Transportable - poudre grise en sac ou en vrac

Constructible - adjoindre l ! eau et malaxer

Flexible - remplir toutes les formes avec une différence de volume très faible

Durable - pour les siècles surtout résistant à l ! eau,

barrages, tuyaux, etc

et à bas prix!

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Demand is forecast to rise steeply in the

next decades

Composition

of the earth ! s crust

Mg

K

rest

Na

Ca

Fe

Al

Si

O

Mg

S

Al Fe

K Na

rest

Ca

Si

O

Composition

of cement

CaO readily available from limestone

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Introduction aux

Technologies du Béton

Concrete Technology) (

Quelques définitions

Un béton

béton si ! 4 mm >

Granulats + colle =

mortier si ! < 4 mm

Pâte de ciment = eau + ciment Mortier = eau + ciment + sable Béton = eau + ciment + sable + granulats

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hrs à 28+j 3-5 durcissement

Le vie d’un béton

à 3-5hrs 0

Fluide ouvrable

Vie en service

durabilité

Développement de la résistance

peu continuer d'augmenter pendant des années si l'eau est

disponible

1 jour 3 jour jours 28

x2

x2

temps de référence

pour les

résistances

temps de

décoffrage

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Constituants:

ciment

granulats gravier, roches

concassées

eau

sable

air ( vides)

adjuvants ( éventuel)

squelette

pâte de ciment colle

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Rôle de l’eau

Anhydres + eau " hydrates

L'eau est combinée dans les hydrates

L'hydratation continue seulement s'il y a de l'eau disponible.

Hydratation

Augmentation de volume solide

1 vol. ciment # ~ 2 vols hydrate

La quantité d'eau ajoutée, relative au ciment est exprimée en rapport e/c en poids

Si e/c = 0.5,

quel est le volume de ciment dans le mélange de départ? ( la densité de ciment ~ 3 g/cm 3 )

Quel est le volume de solide après hydratation?

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La taille maximum des granulats est déterminée

Le diamètre maximum doit être moins de un cinquième de la taille de la pièce

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Ex. mur du 150 mm, taille max ~30 mm

Mélange binaire

0

50

100

0 20 40 60 80 100

% fins

100

50

0

100 80 60 40 20 0

% gros

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Mélange ternaire ( Feret 1890s)

sable moyen, 0,5/2

sable grossier, 2/5 sable fin, <0,5

mélange le plus compact

Peu de variation dans la zone rouge

on n ! a pas besoin de beaucoup de grains moyens

On a vu que les mélanges les plus

compacts sont entre grands et petits

grains

Pourquoi utilise-t-on les mélanges

avec granulometrie continue

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Granulats - exigences (1) Les granulats doivent: 1) être stables et durables: –! résistants à des cycles gel-dégel –! résistants à des cycles mouillage-séchage –! résistants à des cycles de température –! résistants à l!abrasion –! résistants aux réactions chimiques

Ils doivent donc être compacts et non réactifs "stabilité du béton 2) posséder résistance et dureté: "résistance du béton

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Granulats - exigences (2) 3)

être propres: – !

pas d ! argiles (instables cycles mouillage-séchage)

– ! pas d !

impuretés " adhérence granulats / pâte

4) donner un mélange compact:

– ! forme correcte

– ! bonne granulométrie

– ! teneur en éléments fins limitée

" réduction du volume de ciment

Les granulats doivent:

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Ouvrabilité

Capacité à remplir les formes

à se compacter •! La présence des granulats empêche l’utilisation de la plupart des

équipements conçus pour caractériser la rhéologie des autres

fluides •! Besoin de tests robustes qui peuvent être utilisés sur les

chantiers

fluidité

Slump test

cm 10

cm 30

20 cm

s

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What is wrong with this picture!

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ségrégation

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• ! Le r essuage et la ségrégation peu ven t être évit és

avec un e bon ne formulation du béton:

• ! bon ne granulométrie d u squelette granulats

• ! bon dosage en ciment

• ! bon rapport e/c

La prise

Pâte

fluide

Solide

rigide

La transition n ’ e st pas franche

la définition de la prise est un peu

arbitraire

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Un peu de pratique!

Le test classique: Aiguille « Vicat »

420

.

.

.

Initial set

.

.

.

Final set

4000

3000

2000

1000

0

180

240 300

360

Temps (min)

F

La prise

• ! Avec des méthodes plus précises, il semble que la prise corresponde au point de formation d’un

squelette solide continu.

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Résumé / questions 1.! Quelle est la différence entre le béton et le mortier? 2.! Pourquoi met-on des granulats dans le béton? 3.! Pourquoi utilise-t-on des granulats de tailles différentes? 4.! Pourquoi utilise-t-on des mélanges continus des granulats? 5.! Comment calcule-t-on les proportions de sable, fins et gros granulats pour avoir un mélange compact?

6.! Quelle est l’importance du rapport eau / ciment? 7.! Quel processus amène le durcissement du béton? 8.! Qu’est-ce que la prise? Comment la mesurer?

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9.! Si le rapport e/c diminue, comment faut-il changer le dosage en ciment?

10.Quels paramètres de formulation influence le «slump» du béton! ? 11. ! Quel est le moyen le plus utilisé pour compacter le béton?

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