Connaissance des principaux matériaux

Un matériau de construction est un composite aggloméré, constitué de granulats durs de diverses dimensions collées entre eux par un liant. La matrice peut être de nature minérale ou organique. Un granulat est un composant important intervenant dans la fabrication et la classification des matériaux de construction. Le nom de "granulats" est un ensemble de grains inertes ou actifs destinés à être agglomérés par un liant pour former un agrégat.C’est un assemblage hétérogène de substances ou éléments qui adhèrent solidemententre eux (le mortier ou le béton par exemple).

Dans la catégorie des produits de construction traditionnels se rangent les matériaux nobles qui sont la pierre et la brique pleine, dite : mur pour les maçonneries porteuses.

Les roches éruptives : Roches formées à partir de magma fondu et durci durant sont refroidissement. Parmi ces roches on distingue, le granite, le syénite, le gabbro, le basalte.

Les roches sédimentaires : se sont formées par précipitation des matières d’un milieu. La précipitation avait lieu par périodes sous forme de couches séparées. Selon les caractéristiques de leurs formations on distingue :

• Les sédiments chimiques : C’est les roches formées au cours de la précipitation des matières minérales en solution dans l’eau et qui ont été ensuite tassées et cimentées ; telles sont, par exemple, le gypse, l’anhydrite, les tufs calcaires.
• Les sédiments organogènes : se sont formés des restes de certaines plantes aquatiques et d’organismes vivants qui ont été par la suite tassées et cimentées. La majorité des calcaires, la craie et les diatomites se rapportent aux roches organogènes.
• Les sédiments mécaniques : (roches détritique) se sont formés par suite du dépôt ou de l’accumulation des produits meubles de la désagrégation physique ou chimique des roches. Ensuite une partie d’entre eux a été cimentée par la matière argileuse, des composés ferreux, des carbonates ou d’autres ciments, formant ainsi des roches sédimentaires, exemples : conglomérats, brèches.

Les roches métamorphiques : se sont formées par transformation plus au moins profondes des roches éruptives ou sédimentaires sous l’influence de hautes températures et pressions et, parfois, de réactions chimiques. On peut citer les schistes argileux, les marbres.

L'usure des surfaces désigne le phénomène de dégradation des couches superficielles d'un solide sous l'action mécanique du milieu extérieur. Cette dégradation est souvent associée aux phénomènes chimiques dus à la corrosion, elle peut prendre la forme d'une perte de masse, de cote, de forme, ou encore d'une modification de la structure.

Un matériau est dit fragile lorsqu’il rompt brutalement. Sa courbe contrainte déformation demeure linéaire (élastique) jusqu’à rupture où toute l’énergie élastique emmagasinée est libérée.

La contrainte (ou l’effort) : ce sont les efforts intérieurs exercés sur un corps, ou la force liée à la déformation d’un objet. Elle est déterminée par l’essai de traction, et est mesurée en $\mathrm{Pa}$. On peut aussi la déterminer par le calcul $\mathrm{\sigma=\frac{F}{S}}$ où $\mathrm{F}$ est la force exercée en $\mathrm{Pa}$, et $\mathrm{S}$ la surface en $\mathrm{m^2}$.

La déformation (ou l’allongement) : c'est la manière dont les matériaux sont déformés après qu'une certaine force leur soit exercé. Elle est déterminée par l’essai de traction, mesurée en pourcentage (pourcentage de déformation de la longueur d’origine), et se note $\mathrm{\epsilon}$ (Epsilon). On peut aussi la déterminer par le calcul $\mathrm{\epsilon=\frac{\Delta L}{L}}$ où $\mathrm{\Delta L}$ est l’extension en $\mathrm{cm}$ et $\mathrm{L}$ est la longueur d’origine en $\mathrm{cm}$.

Ces deux valeurs permettent de faire un graphique ou un diagramme de la déformation et de la contrainte pour trouver les résistances maximales, la limite d’élasticité, le point de rupture et le module d'Young d’un matériau spécifique. Cette courbe est créée en faisant un essai de traction. On peut aussi utiliser ces valeurs pour trouver le module de Young, en utilisant la loi de Hooke. En prenant en compte ces valeurs, on peut trouver à quel point le verre se brisera en fonction des forces de la contrainte et du pourcentage de déformation du verre.

La Loi de Hooke est la loi qui traite l’élasticité d'un corps. Cette loi a été mise en évidence par Robert Hooke en 1678 ; elle dicte que l'allongement d'un corps est proportionnelle à la force exercée sur celui-ci. Cette loi détermine donc le comportement des solides soumis à des déformations. La relation s'écrit comme suit :

$\mathrm{\sigma=E\cdot \epsilon}$

$\mathrm{\sigma}$ est la contrainte (unité de pression)
$\mathrm{\epsilon}$ est la déformation de l'objet (pourcentage)
$\mathrm{E}$ est le module de Young (unité de pression)

La loi de Hooke relie une force exercée sur un élastique ou un ressort et la distance d’extension de cet élastique (ou ressort). Ces deux facteurs (Force $\mathrm{F}$ et Extension $\mathrm{X}$) sont reliés par une constante $\mathrm{k}$, et donc l’extension et la force sont toujours relatives l'une à l'autre. En utilisant cette relation, on peut déterminer la déformation d’un objet (en pourcentage de déformation) ou la contrainte d’un objet (en unité de pression). La contrainte est mesuré en unité de pression car elle est une force.

Il permet aussi de créer une courbe de déformation-contrainte, qui montre le point de limite d’élasticité, le module de Young relativise en graphique et la résistance maximale du matériau.

Le module de Young est ce qui relie la déformation - la manière dont les objets se déforment et la contrainte de traction - aux efforts intérieurs exercés sur un corps. Ce module est utilisé dans la loi de Hooke et est déterminé avec des essais de traction qui déterminent la valeur de ce module pour un matériau spécifique et aussi quelques données importantes comme la limite d'élasticité, l'allongement et la résistance maximale. La valeur du module, mesurée en Pascal ($\mathrm{Pa}$) augmente avec la rigidité de l’objet : plus il est dur, plus la valeur du module de Young augmente. Après des essais de traction fait par des scientifiques, on trouve que les valeurs du module de Young du verre varient de $50$ à $\mathrm{90~GPa}$90, avec une moyenne générale de $\mathrm{69-72~GPa}$ selon les matériaux et les structures du verre.

Dans le langage scientifique, le mot verre désigne un matériau amorphe (c'est-à-dire non cristallin) présentant le phénomène de transition vitreuse.

Le plus souvent, le verre est constitué de dioxyde de silicium (silice $\mathrm{SIO_2}$) et de fondants avec des additifs, comme des oxydes métalliques ($\mathrm{PbO}$,crystal), et autres donnant des teintes et autres propriétés.

En chimie, un composé amorphe est un composé dans lequel les atomes ne respectent aucun ordre à moyenne et grande distance, ce qui le distingue des composés cristallisés. Les verres (minéraux, organiques ou métalliques), les élastomères et les liquides sont des composés amorphes. Le verre est obtenu à partir d’une phase liquide $\mathrm{(T>Tf(C°))}$. À $\mathrm{T=Tf}$, le liquide ne peut cristalliser car la viscosité et/ou la vitesse de refroidissement est trop forte. Les atomes n'ont pas le temps de se déplacer pour former le cristal. Un liquide SURFONDU se forme, solidifié au point de transition vitreuse, $\mathrm{Tg}$.