chapitre ii « matÉriaux de construction...
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CHAPITRE II
« MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION EN PIERRES NATURELLES »
Sétif, Avril 211
UNIVERSITE FERHAT ABBAS
FACULTE DE TECHNOLOGIE
DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL
MATERIAUX DE CONSTRUCTION
3ème Année Licence
1. Introduction
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.
Symbole patrimonial et de robustesse, la pierre possède un cachet
indiscutable. Mais elle est pénalisée par des coûts
d’exploitation et de mise en œuvre dissuasifs. Pour autant,
elle n’a pas dit son dernier mot et reste un matériau de structure
digne d’intérêt. Les blocs se vendent à la tonne, calibrés ou
bruts, en divers formats pouvant atteindre à la demande des
dimensions conséquentes. Les pierres sont appareillées sous
forme de mœllons ou de blocs taillés de manière plus ou moins
fine et régulière, suivant les impératifs de la construction.
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Une bonne pierre à bâtir se caractérise par sa résistance à la compression, à
l’usure et aux intempéries. Elle est homogène et adhère bien au mortier.
Selon la qualité (ferme, demi-ferme ou tendre), sa densité varie de 1600 à 2600
kg/m3. Sa forte inertie en fait un excellent régulateur de la température
ambiante, (été / hiver). Par contre, son coefficient de conductivité thermique
n’est vraiment pas bon.
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2. Origine et classification des roches
2.1. Les roches éruptives :
Roches formées à partir de magma fondu et durci durant sont refroidissement ; Parmi
ces roches on distingue:
L’écorce terrestre est composée de masses minérales de composition plus
ou moins uniforme dite : Roche. Cette dernière est constituée soit d’un seul minéral
(monominérale, tel que: Quartz, le gypse), soit de plusieurs minéraux (polyminérale,
tel que : le granit, le basalte, les porphyres). Conformément à la classification
génétique les roches naturelles sont divisées en trois groupes
a) Le granit : Roches abyssale la plus répandue, est composée
principalement de quartz, feldspath et de mica. La couleur du granit dépend du taux de
feldspath et de la présence de minéraux de teinte foncée (ferromagnésiens) qui
remplace parfois le mica. Sa masse volumique est 2600 kg/m3, sa résistance à la
compression, de 100 à 300 MPa et à la traction, de 1/40 à 1/60 de celle à la
compression
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b) Le syénite : composées de feldspath (orthoclase) et d’un minéral de
couleur foncée. Leur structure est semblable à celle du granit. La densité est de 2700
à 2900, la masse volumique, de 2400 à2900 kg/rn3, la résistance à la compression,
de 150 à 200 MPa. Leur dureté est inférieure à celle du granit
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c) Les diorites : roches à composition minéralogique de plagioclase, de
hornblende et plus rarement de biotite et d’augite. Leur couleur est vert foncé allant
jusqu’au vert noir. La masse volumique est de 2700 à 2900 kg/rn3, la résistance à la
compression, de 180 à 200 MPa. Les diorites se prêtent mal au façonnage, résistent
bien à l’usure par abrasion, se polissent facilement et sont stables àl’altération. On les
utilise pour la construction des routes et comme plaques de revêtement.
La diorite
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d) Le gabbro : est une roche cristalline composée principalement de
plagioclases et de minéraux de couleur foncée (pyroxènes sous forme d’augites). Les
biotites et les hornblendes font rarement partie du gabbro. Sa couleur peut varier du
gris et du vert jusqu’au noir
La masse volumique du gabbro est proche de la densite et est égale à 2900-3160
kg/m3 (ce qui est le signe d’une très grande densité); la résistance à la compression
est de 100 à 350 MPa . Le gabbro résiste bien à l’altération, se prête mal au
façonnage, mais, par contre, donne un poli brillant et durable. On l’utilise pour des
ouvrages hydrauliques et autres installations
Le gabbro
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e) Le basalte : par sa composition chimique et minéralogique constitue
également un analogue du gabbro. Il est de couleur sombre et a une structure
cryptocristalline avec une certaine quantité de verre volcanique; il se compose de
plagioclase et d’augite. La densité et la masse volumique du basalte sont de l’ordre de
2700 à 3300 kg/rn3, la résistance à la compression est de 100 à 150 MPa. La grande
dureté et la solidité des basaltes permettent de les utiliser comme revêtement des
routes. Ils servent aussi de matière première pour la fabrication de la coulée pierreuse.
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f) tufs volcanique : Au cours d’une éruption volcanique les cendres et les
sables en se mêlant à la lave liquide ont formé une lave de tuf cimentée. Par suite d’un
refroidissement rapide la structure des tufs est vitreuse. La masse volumique tufs de
1250 à 1350 kg/rn3, leur porosité de 40 à 70 %, la résistance à la compression de 8 à
19 MPa , le coefficient de conductibilité thermique de 0,21 à 0,33 W/m°C. La couleur en
est violet rosâtre
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Le diabase
Le porphyre
de quartz
2.2. les roches sédimentaires : se sont formé 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 :
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- 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 formées 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 organogène.
-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 à été cimentée par la matière
argileuse, des composés ferreux, des carbonates ou d’autres ciments, formant ainsi
des roches sédimentaires, exemples : conglomérats, brèches.
a) Le gypse : est une roche formée du
minéral portant le même nom. Il est
utilisé pour la production du liant aérien
appelé plâtre, ainsi que pour revêtir les
intérieurs des bâtiments.
b) L’anhydrite : L’anhydrite est formée du
minéral du même nom, anhydrite
CaSO4. Elle est employée en qualité de
revêtement ou comme matière
première pour la fabrication des ciments
d’anhydrite
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c) Le magnésite : est formée elle aussi
du minéral de même nom —magnésite
MgCO3. Elle contient parfois des
impuretés de carbonate ferreux et de
carbonate de calcium. La dureté de la
magnésite est de 3,5 à 4, elle est
colorée en blanc et en jaune, allant
jusqu’au brun. Elle sert de matière
première pour la fabrication d’un liant
aérien appelé magnésite caustique et de
matériaux réfractaire
d) La dolomite : elle contient essentiellement
le minéral dolomite CaCO3 .MgCO3 et des
impuretés argileuses, ferreuses, siliceuses.
Elle est de couleur grise, jaunâtre ou brune et
de structure granulaire. Les propriétés des
dolomites sont voisines à celles des calcaires
compacts. On les utilise pour la production de
pierres concassées, de plaques de revêtement
, de matériaux réfractaires et des Liants
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e) Les calcaires : s’est formé dans les bassins
d’eau de’ résidus organiques et fossiles; Les
accumulations meubles ont été cimentées par
des carbonates de calcium. Le calcaire est
principalement composé de calcite CaCO3
avec des additions d’argiles, de dolomite, de
quartz, Sa masse volumique est de 1700 à
2600 kg/rn3, sa résistance à la compression de
10 à 100 MPa. Il est de couleur blanche,
jaunâtre ou brune. On l’emploie pour la
production de pierres concassées, de plaques
de revêtement et d’éléments d’architecture ou
pour la fabrication de chaux et de ciment
portland
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f) La craie : est une roche terreuse, composée presque entièrement du
carbonate de calcium et quelquefois de matières argileuses et les grains de
quartz. La craie est un matériau à haut degré de dispersion. Elle est de couleur
blanche et on l’emploie comme pigment blanc; elle est aussi utilisée pour la
production des mastics, de ciment portland et des verres.
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g) Les grès :
Les grès sont des roches composées de grains de quartz cimentées par
une matière argileuse, siliceuse, calcaires. Sa résistance dépond de la nature du
ciment et des dimensions et de la forme des grains. Les grès siliceux les plus
résistants se caractérisent par une résistance à la compression de 200 MPa et plus.
Il sont utilisés comme pierres concassées pour bétons, comme
revêtement des appuis de ponts et des édifices, comme revêtement des routes, vu
leur résistance au gel et à l’abrasion
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Grès roseOn site aussi parmi les
sédiments mécaniques: les
sables et les graviers
2.3. 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.
Dans ces conditions une recristallisation des minéraux peut avoir lieu sont qu’ils
soient fondus ; les roches ainsi obtenues sont en général plus compactes que les roches
sédimentaire d’origine. Dans la plus part des cas les roches métamorphique se distingues
par une structures qui rappelles celle des schistes :
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a) Les schistes argileux : Ils sont composés d’argiles schisteuses fortement
comprimées. Leur couleur est gris foncé, quelquefois noire. Ils se fendillent
facilement en un certain nombre de plaques minces, ils ont une grande longévité
et résistent bien aux agents atmosphériques, ce qui permet de les utiliser comme
des matériaux de couverture .
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b) Les marbres : C’est des roches cristallines formées de calcaires ou
dolomite. Leurs cristaux sont soudés ensemble sans ciment. La résistance des
marbres atteint 300 MPa. Leur dureté est faible, de 3,0 à 3,5 et ils se prêtent
facilement au sciage et au polissages On les emploie pour le revêtement des
intérieurs, car à l’extérieur le polissage s’altère rapidement, vu la faible stabilité
chimique des marbres
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c ) Le Quartzite : est une variété métamorphique de grès siliceux dont les grains
de quartz sont soudés et recristallisés de manière à ce que le ciment soit
indiscernable . Leur résistance atteint 400 MPa. Il sont utilisés comme
revêtement des édifices et appuis de ponts, ainsi que pour la production des
articles réfractaires.
3. Exploitation et utilisation des pierres naturelles
dans le secteur du génie civil
3.1. Murs porteurs et fondation :
3.2. Elément d’architecture et de parement :
3.3. Eléments secondaires : fenêtres, cheminés, etc
Cuve en
graniteCheminée
intérieure
3.4. Revêtements de sol et talus : Pavage
3.5. Murs de soutènement :
3.6. marches et contres marches en pierre :
3.7. Travaux de protection en pierre :
3.8. Revêtement de sol intérieur :
Carrelage en
granito