Il existe de nombreux types de matériaux de construction utilisés dans la construction tels que le béton, l’acier, le bois et la maçonnerie. Chaque matériau possède des propriétés différentes telles que le poids, la résistance, la durabilité et le coût, ce qui le rend adapté à certains types d’applications. Le choix des matériaux de construction est basé sur le coût et l’efficacité à résister aux charges et aux contraintes agissant sur la structure. En tant qu’ingénieur en structure, je travaille avec mes clients pour décider du type de matériaux utilisés dans chaque projet en fonction de la taille et de l’utilisation du bâtiment.
La fabrication de matériaux de construction est une industrie bien établie et normalisée, capable de fournir un approvisionnement fiable en matériaux de haute qualité pour nos structures. La production de matériaux de construction de qualité structurelle est soumise à des procédures de contrôle de la qualité qui impliquent une inspection et des tests selon des normes nationales et des méthodes de test scientifiques.
Une partie des responsabilités de l’ingénieur en structure consiste à préparer les spécifications du projet, y compris tous les matériaux de construction et les normes applicables et les dispositions à respecter. C’est une partie cruciale de tout projet pour spécifier la qualité et les propriétés des matériaux à utiliser.
Les matériaux de construction peuvent généralement être divisés en deux catégories : Les matériaux de construction naturels, comme la pierre et le bois, et les matériaux de construction artificiels, comme le béton et l’acier. Ces deux catégories nécessitent généralement un certain niveau de préparation ou de traitement avant d’être utilisées dans une application structurelle. Vous trouverez ci-dessous la liste des matériaux que j’ai le plus utilisés dans les projets de conseil en ingénierie.
Sommaire
Le béton
Le béton est un matériau composite composé d’un mélange de ciment, d’agrégats tels que le sable et la pierre concassée, et d’eau. Les propriétés du béton dépendent des ratios utilisés dans la conception du mélange. C’est pourquoi les fournisseurs de béton ont pour pratique courante de fournir les propriétés des matériaux et les résultats des tests pour chaque pièce de béton.
Le béton frais peut être coulé dans des coffrages pour prendre n’importe quelle forme et prend du temps à durcir pour devenir un matériau semblable à la pierre. Il faut jusqu’à 7 jours pour que le béton atteigne la majorité de sa résistance et il faudra accorder une attention particulière au durcissement pour éviter les fissures ou la réduction de la capacité. Le béton est très polyvalent et c’est le matériau que je préfère pour les applications qui exigent une combinaison de résistance et de durabilité. Par exemple, le béton est un excellent matériau pour la construction de fondations où le poids de la structure rencontre le sol. Cela nécessite de la résistance pour supporter la charge et aussi de la durabilité pour résister au contact avec le sol environnant.
Le béton est très solide lorsqu’il est exposé à des contraintes de compression ; cependant, il est fragile et a une résistance limitée à la traction. Combiné aux barres d’armature en acier, le béton armé est plus solide et convient mieux à un large éventail de structures telles que les grands immeubles à plusieurs étages, les ponts, les routes, les tunnels et bien d’autres applications.
L’acier
L’acier est l’un des matériaux de construction les plus solides qui soient, avec une excellente capacité de résistance à la fois en tension et en compression. En raison de son rapport résistance/poids élevé, il est idéal pour la charpente des bâtiments de grande hauteur et des grandes installations industrielles. L’acier de construction est disponible dans des formes standard telles que les cornières, les poutres en I et les profilés en C. Ces formes peuvent être soudées ensemble ou reliées à l’aide de boulons à haute résistance pour construire des structures capables de résister à des forces et des déformations importantes.
L’acier est un matériau de construction relativement coûteux, il incombe donc à l’ingénieur en structure de choisir des dimensions et des formes économiques en fonction des charges réelles du bâtiment afin d’éviter une conception excessive. En raison du coût élevé de l’acier, nos clients me demandent souvent s’il existe un moyen de réduire le poids et la taille de certains éléments en acier de la structure. Cela peut être fait si les charges sur les éléments peuvent être réduites et/ou si des supports verticaux supplémentaires peuvent être introduits. L’installation de l’acier prend moins de temps que celle du béton et peut être installée dans n’importe quel type d’environnement.
Le bois
Le bois est utilisé comme matériau de construction depuis des milliers d’années et, s’il est correctement entretenu, il peut durer des centaines d’années. Il s’agit d’une ressource naturelle facilement disponible et économiquement exploitable, d’un poids léger et de propriétés hautement usinables. Il offre également une bonne isolation du froid, ce qui en fait un excellent matériau de construction pour les habitations et les bâtiments résidentiels.
Les pièces de bois utilisées dans la construction sont rabotées à la machine et sciées selon certaines spécifications dimensionnelles. Le bois de dimension est disponible en plusieurs sections, telles que 2 « x4 », 2 « x6 », etc. Il est couramment utilisé dans la construction de murs et de planchers. Croyez-le ou non, un 2 « x4″ est en fait 1 ½ » de large x 3 ½ » de haut. Les bois de plus grandes dimensions sont appelés bois d’œuvre ou poutres et sont couramment utilisés pour construire les cadres de grandes structures telles que les ponts et les bâtiments à plusieurs étages. Le bois d’ingénierie est un autre type de bois utilisé dans la construction qui consiste en diverses formes de bois collées ensemble pour former un matériau composite adapté à des applications de construction spécifiques. Les exemples de bois d’ingénierie sont le bois lamellé collé (lamellé-collé), le contreplaqué et les panneaux de fibres.
En raison de son poids léger, le bois n’est pas le matériau de construction le plus approprié pour supporter des charges plus lourdes et n’est pas idéal pour les longues portées. Le bois est rarement utilisé pour les fondations et les murs des sous-sols, car il doit être traité sous pression en raison de son contact avec le sol/l’humidité, ce qui peut être assez coûteux. Dans une maison à ossature bois, les fondations et les murs du sous-sol sont généralement construits avec du béton armé.
Maçonnerie
La construction en maçonnerie consiste à utiliser des unités individuelles pour construire des structures qui sont généralement liées entre elles par du mortier. Le matériau le plus courant que j’utilise dans la conception des structures de maçonnerie est le bloc de béton, avec une armature verticale en acier si nécessaire. La maçonnerie résiste bien aux charges et aux contraintes de compression, ce qui en fait un matériau idéal pour la construction de murs porteurs. Les autres matériaux de maçonnerie sont la brique, la pierre et le bloc de verre. La maçonnerie est un matériau très durable et résistant au feu, mais elle peut être sensible au mortier et à la qualité de l’exécution.
L’utilisation de la maçonnerie comme mur porteur pour la conception de bâtiments à plusieurs étages dans mon bureau a augmenté. Le système structurel consiste généralement en des planchers de béton supportés par une combinaison de murs en maçonnerie et en béton armé, en fonction du nombre de planchers et de la charge exercée sur les murs. Les murs en maçonnerie avec des fenêtres ou des ouvertures ont besoin de poutres ou de linteaux horizontaux pour supporter le poids du mur du dessus à travers l’ouverture. La maçonnerie n’est pas aussi adaptée aux grandes ouvertures dans les murs que la charpente en béton ou en acier, mais elle peut être un choix économique si la taille de la charpente et des ouvertures est raisonnable et si la longueur des segments de mur n’est pas trop courte.
Les murs porteurs en maçonnerie peuvent être empilés les uns sur les autres pour construire des bâtiments à plusieurs étages. La charge sur le mur en maçonnerie du premier étage est l’accumulation de tout le poids des étages situés au-dessus. Par conséquent, le mur du plancher inférieur doit être plus solide que les murs du plancher supérieur. Cela peut être réalisé en renforçant les vides dans les murs de maçonnerie du bas avec des barres d’acier et du coulis de béton. Un plus grand nombre de barres d’acier et un espacement plus étroit des noyaux de coulis égalent des murs de maçonnerie plus solides. Si un mur de maçonnerie porteur ne s’étend pas jusqu’aux fondations en raison d’ouvertures nécessaires telles que des allées de stationnement, de grandes poutres de transfert en béton ou en acier sont nécessaires pour soutenir le mur au-dessus de l’ouverture.
Il y a beaucoup d’autres sujets qui peuvent être abordés sur le thème des matériaux de construction, mais nous espérons que cela vous permettra de bien comprendre chacun des principaux matériaux et les applications qui sont les mieux adaptées à chacun d’entre eux. Si vous avez des questions sur l’un de ces matériaux, n’hésitez pas à les laisser dans la section des commentaires ci-dessous.