Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle

Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle.

Le site Web "Ressources d'Enseignement" vise à aider l'enseignement des matériaux, et les cours correspondants en Conception, Ingénierie et Science.Les ressources sont fournies dans des formats divers et sont destinées principalement à la formation des étudiants.Certaines des ressources sont d'accès libre et les étudiants peuvent y avoir accès. D'autres sont seulement disponibles pour les éducateurs utilisant CES EduPack.

Mike AshbyDepartment of EngineeringUniversity of Cambridge

www.grantadesign.com/education/resources

© M. F. Ashby, 2011Pour les instructions de reproduction, voir la dernière diapositive

Unité 15. Architecture et

Environnements construits : Matériaux pour le bâtiment

Concrete structure of the Stata Center, MIT.Frank O. Gehry, Architect.

www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011

Sommaire

Exercices pratiques

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Contenu et mode d’emploi de cette base de données

Bibliographie et ressources

• Textes : “MatériauArchitecture – emergent materials for innovative buildings and ecological construction” by John Fernandez, Architecture Press, Elsevier, Oxford, UK, 2006 ISBN 0-7506-6497-5.

• Software: The CES EduPack Database for Architecture and the Built Environment, Granta Design, Cambridge UK, 2011

Pourquoi les architectes pourraient-ils être intéressés par les matériaux ?

La base de données CES pour l’Architecture et les Environnements construits (actuellement seulement en Anglais)


Pourquoi les architectes ont ils besoin de savoir beaucoup sur les matériaux ?

Révolution Post-industrielle-ETFE (et des milliers d’autres…)

Centre spacial, Leicester, AngleterreN. Grimshaw Architecte

Révolution Pré-industriellePierre, bois, verre,…

York Minster, York, UK.Angleterre

3


Aujourd’hui, les architectes et les ingénieurs en structures indiquent les produits finis qu’ils emploient, mais pas les matériaux.

Gypse et panneaux composites de fibre de verreemployés comme protection extérieure

Verre laminé à faible émission thermique (Low “E”)

Les produits finis, mais pas les matériaux ?

4


Institute of Contemporary Art, Boston, MA. -USA - Diller + Scofidio, Architects.

Matériaux peu communs employés dans de nouveaux produits - 1

Verre à angle sélectif

5


Beaucoup des matériaux employés ici sont peu familiers aux concepteurs

Simmons Hall Student Dormitory, MIT, USA. Steven Holl, Architect.


Couverture en “peau d’Aluminum”, ... Film d’EPDM, adhésif et étanche

6


Appartements, Munich, Germany. Thomas Herzog, Architect.


Insertion d’Aerogels de Silice ... Murs translucides avec inertie thermique (~isolation thermique)

7


Cathédrale de Los Angeles, USA. Rafael Moneo Architect Stata Center, MIT, USA. F.O. Gehry Architect


Béton à haute densité, avec renforts en acier inox

Acier inox, recouvert de zinc, de titane, et de mastics polymères

8


Les 4 systèmes semi-autonomes

Fonctions

Transmettre les charges verticales aux fondations horizontales Résister aux efforts dynamiques du vent ou autre, et aux grandes énergies comme les tremblements de terre Assurer une grande durée de vie

Superstructure

Services communs

Fournir chaleur et froid à ses divers espaces interieurs une ventilation adéquate une lumière artificielle et naturelle un contrôle de l’humidité une évacuation de l’eau et des déchets

Contrôler la circulation de l’air de la chaleur de l’eau liquide, comme de la vapeur les transferts de radiations Assurer une séparation acoustique

Envelope Externe

Délimiter les espaces intérieurs Fournir des zones climatisées distinctes des zones acoustiquement séparées des surfaces finies Assurer la santé et la sécurité de ses occupants

Système Intérieur

9


Matériaux

Les 4 systèmes exigent des matériaux divers

Fonctions Béton armé Fonte et alliages d’aciers Bois Briques, céramiques de terre battue Pierre

Verre Aluminum Silicone, neoprene, époxy Fibres isolantes, et des mousses Bitumes, fibres de verre

Panneaux de particules de bois (agglo)

Plâtre renforcé de Polymères Résines et autres polymères Tissus, fibres naturelles Carrelages, terre cuite, briques

Feuilles de métal galvanisé (+zinc) Colles et rubans adhésifs Isolants électriques polymères Matériaux d’échanges thermiques Tuyaux de cuivre et de PVC

Transmettre les charges verticales aux fondations horizontales Résister aux efforts dynamiques du vent ou autre, et aux grandes énergies comme les tremblements de terre Assurer une grande durée de vie

Contrôler la circulation de l’air de la chaleur de l’eau liquide, comme de la vapeur les transferts de radiations Assurer une séparation acoustique

Délimiter les espaces intérieurs Fournir des zones climatisées distinctes des zones acoustiquement séparées des surfaces finies Assurer la santé et la sécurité de ses occupants

Fournir chaleur et froid à ses divers espaces interieurs une ventilation adéquate une lumière artificielle et naturelle un contrôle de l’humidité une évacuation de l’eau et des déchets

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La base de données CES pour l’Architecture

Browse Select Barres d’Outils

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Univers des Matériaux

Béton, Pierre, Céramique, Brique…..+

Bois, Contreplaqué, Lamellé collé, Bambou, Paille…+

Métaux, Ferreux et Non-ferreux+

Polymères : Elastomères, Thermoplastiques…+

Composites+

Mousses, Tissus et fibres+

Table : Univers des MatériauxTable : Univers des Matériaux

Subset : ArchitectureSubset : Architecture

Find what:

Look in table: Univers des Matériaux

Lamellé collé

Search

11


Architecture et Environnements construits

H y g r o - T h e r m a l p r o p e r t i e s W a t e r a b s o r p t i o n 2 - 8 . 5 % F r o s t R e s i s t a n c e P o o r E l e c t r i c a l p r o p e r t i e s E l e c t r i c a l c o n d u c t o r o r i n s u l a t o r ? G o o d i n s u l a t o r A c o u s t i c p r o p e r t i e s S o u n d a b s o r p t i o n P o o r S o u n d i s o l a t i o n G o o d E n v i r o n m e n t a l p r o p e r t i e s E m b o d i e d E n e r g y 4 . 9 - 5 . 4 M J / k g C a r b o n d i o x i d e f o o t p r i n t * 0 . 1 4 - 0 . 1 6 k g / k g R e c y c l e F a l s e D o w n c y c l e T r u e B i o d e g r a d e F a l s e I n c i n e r a t e F a l s e L a n d f i l l T r u e D u r a b i l i t y F r e s h W a t e r V e r y G o o d S a l t W a t e r V e r y G o o d W e a k A c i d G o o d S t r o n g A c i d P o o r W e a k A l k a l i s V e r y G o o d S t r o n g A l k a l i s G o o d O r g a n i c S o l v e n t s V e r y G o o d S u n l i g h t ( U V r a d i a t i o n ) V e r y G o o d D u r a b i l i t y i n i n d u s t r i a l a t m o s p h e r e G o o d D u r a b i l i t y i n r u r a l a t m o s p h e r e V e r y G o o d D u r a b i l i t y i n m a r i n e a t m o s p h e r e G o o d D e s i g n g u i d e l i n e s S a n d s t o n e i s e a s i l y c u t a n d c a r v e d . M a r b l e h a s a w o n d e r f u l t r a n s l u c e n c y , m a k i n g i t t h e c h o i c e o f m a n y s c u l p t o r s . I t w e a t h e r s i n a b e n i g n a t t r a c t i v e w a y , b u t t h e s u r f a c e t r a p s d i r t i n a n u r b a n o r i n d u s t r i a l e n v i r o n m e n t , r e q u i r i n g p e r i o d i c c l e a n i n g . T e c h n i c a l n o t e s S a n d s t o n e s c o n s i s t o f p a r t i c l e s o f q u a r t z , f e l d s p a r a n d m i c a b o n d e d b y a n a t u r a l c e m e n t . T h e c e m e n t d e t e r m i n e s t h e s t r e n g t h , d u r a b i l i t y a n d c o l o r . C a l c a r e o u s s a n d s t o n e s a r e b o n d e d w i t h c a l c i u m c a r b o n a t e ; t h e y a r e c a l l e d " f r e e s t o n e " b e c a u s e t h e y a r e e a s i l y w o r k e d b u t t h e y w e a t h e r b a d l y . S i l i c e o u s s a n d s t o n e s a r e b o n d e d w i t h a l u m i n o - s i l i c a t e s ; t h e y a r e a c i d r e s i s t a n t a n d d u r a b l e b u t h a r d e r t o w o r k . B l u e s t o n e , m u c h u s e d i n N e w Y o r k s t a t e , i s n o t e d f o r i t s e v e n g r a i n a n d h i g h s t r e n g t h . I t i s a b o u t 7 0 % s i l i c a b o n d e d w i t h c l a y . F e r r u g i n o u s s a n d s t o n e s c o n t a i n o x i d e s o f i r o n , g i v i n g l o v e l y b r o w n s , r e d s a n d y e l l o w s .

S a n d s t o n e S a n d s t o n e i s c o n s o l i d a t e d s a n d p a r t i c l e s ( q u a r t z ) , b o n d e d b y a c e m e n t i n g a g e n t : f e l d s p a r s , l i m e s , s i l i c a o r c l a y s . T h e s i z e o f t h e s a n d p a r t i c l e s , t h e p o r o s i t y a n d t h e s t r e n g t h v a r y g r e a t l y i n d i f f e r e n t s a n d s t o n e s . T h e c o l o u r s d e r i v e f o r m i r o n o r m a n g a n e s e i m p u r i t i e s a n d g i v e s a n d s t o n e s t h e i r c h a r a c t e r . P a r t i c u l a r g r a d e s a r e k n o w n a s B l u e s t o n e o r Y o r k s t o n e . S a n d s t o n e i s u s e d f o r b u i l d i n g s a n d f a c i n g , t a b l e t o p s , b e n c h t o p s a n d c h e m i c a l e q u i p m e n t t o r e s i s t a c i d s a n d a l k a l i s . G e n e r a l p r o p e r t i e s D e n s i t y 2 . 2 4 e 3 - 2 . 6 5 e 3 k g / m ^ 3 P r i c e * 0 . 2 - 0 . 3 $ U S / k g B u i l d i n g s y s t e m S u p e r s t r u c t u r e , E n c l o s u r e , I n t e r i o r , S e r v i c e s M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s C o m p r e s s i v e S t r e n g t h 7 0 - 9 0 M P a T e n s i l e S t r e n g t h * 4 - 1 5 M P a B e n d i n g s t r e n g t h 5 - 1 6 M P a E l a s t i c L i m i t * 4 - 1 5 M P a F r a c t u r e T o u g h n e s s * 0 . 7 - 1 . 5 M P a . m ^ 1 / 2 Y o u n g ' s M o d u l u s 1 4 - 4 0 G P a S h e a r M o d u l u s * 1 4 . 9 - 1 5 . 7 G P a B u l k m o d u l u s * 2 4 . 9 - 2 6 . 2 G P a B e n d i n g m o d u l u s * 1 4 - 4 0 G P a P o i s s o n ' s R a t i o * 0 . 2 4 - 0 . 2 6 H a r d n e s s - V i c k e r s * 7 - 3 8 H V E l o n g a t i o n 0 % E n d u r a n c e L i m i t * 3 . 1 5 - 3 . 6 8 M P a M e c h a n i c a l l o s s c o e f f i c i e n t * 1 . 9 e - 3 - 5 . 7 e - 3 T h e r m a l a n d C o m b u s t i o n p r o p e r t i e s T h e r m a l c o n d u c t o r o r i n s u l a t o r ? P o o r i n s u l a t o r T h e r m a l R e s i s t i v i t y * 0 . 3 4 5 - 0 . 3 9 8 m . K / W T h e r m a l E x p a n s i o n * 7 . 5 - 8 . 5 µ s t r a i n / K S p e c i f i c H e a t * 8 4 0 - 9 2 0 J / k g . K M e l t i n g P o i n t * 1 . 4 7 e 3 - 1 . 6 7 e 3 K M a x i m u m S e r v i c e T e m p e r a t u r e * 6 7 3 - 9 7 3 K F l a m m a b i l i t y N o n - f l a m m a b l e

R e d S a n d s t o n e , U n i v e r s i t y o f S y d n e y , N e w S o u t h W a l e s , A u s t r a l i a

T h e r m a l a n d C o m b u s t i o n p r o p e r t i e s T h e r m a l c o n d u c t o r o r i n s u l a t o r ? P o o r i n s u l a t o r T h e r m a l R e s i s t i v i t y 0 . 3 4 5 - 0 . 3 9 8 m . C / W T h e r m a l E x p a n s i o n 7 . 5 - 8 . 5 µ s t r a i n / C S p e c i f i c H e a t * 8 4 0 - 9 2 0 J / k g . C M e l t i n g P o i n t * 1 2 0 0 - 1 4 0 0 C M a x i m u m S e r v i c e T e m p e r a t u r e * 4 0 0 - 7 0 0 C F l a m m a b i l i t y N o n - f l a m m a b l e

Extrait d’une fiche type (remise en forme) : Sandstone

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Qu’est-ce qui est différent de CES Edupack ?

Critères additionnels (62 critères de contrôle)

Propriétés mécaniques en cintrage

Propriétés Hygro-thermique

Propriétés Acoustiques

Durabilité en atmosphères variées

Plus de catégories de bétons

Plus de catégories de briques, tuiles et carrelages

Plus de fibres, de contreplaqués et d’agglomérés

Plus de matériaux pour l’isolation

Images où “l’environnement construit” est possible...

Contenu : Niveau 2, étendu

127 fiches de matériaux mettant l’accent sur leur emploi dans la construction

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Permet aux étudiants d’explorer les diverses relations

Produit des sélections basiques (“Trouver des Matériaux avec une haute résistance thermique”)

Capacité de créer des diagrammes de propriétés

Matériaux avec haute résistance thermique

Résultats 5 parmi 95 fiches

Matériau 1 313

Matériau 2 300

Matériau 3 278

Matériau 4 247

etc...

HiérachiserRésistance thermique

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Sélection : Revêtement pour bâtiments

Selection de matériaux de Revêtement pour bâtiments

Durable, résistant, revêtement ductile sous forme de feuille.

Faible impact environnemental

Aussi économique que possible

Propriétés attendues Interprétation

Fonction Revêtement Protecteur

Contraintes

• Forme : feuille

• Résistance en traction > 50 MPa

• Elongation > 2%

• Durabilité en environnement industriel : Excellent

• Durabilité en environnement rural : Excellent

• Durabilité en environnement marin : Excellent

Variable libre Choix du materiau

• Minimiser coût (et / ou)

• Minimiser l’énergie intrinsèque

Objectifs

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Appliquer les Contraintes

Propriétés Mécaniques

Forme du Matériau

BrutFeuille

Durabilité

MPa%

-

Environnement Industriel

Résist. en TractionElongation

-

-

etc

Environnement Rural

Environnement Marin

Appliquer les contraintes en employant un filtre de type “Limit”

Excellent

Excellent

Excellent

2

50

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Revêtements : la sélection

Ensuite, un filtre graphique pour minimiser le coût et l’énergie intrinsèque.

17


L’Acier Galvanisé

18


Et alors ?

19


Sommaire des leçons disponibles

Le diaporama de cette leçon est disponible sur le site web des Ressources d’enseignement

Chaque diapo d’une leçon comporte des notes explicatives. Vous pouvez les consulter en ouvrant le diaporama en mode [“Normal”], ou en cliquant sur l’icône correspondante dans la barre d’outils inférieure.

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www.grantadesign.com/education/resources

© M. F. Ashby, 2011

Le site Web "Ressources d'Enseignement" vise à aider l'enseignement des matériaux, et les cours correspondants en Conception, Ingénierie et Science.

Les ressources sont fournies dans des formats divers et sont destinées principalement à la formation des étudiants.

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Le site Web contient aussi d'autres ressources apportées par plus de 800 universités et lycées du monde entier, employant CES EduPack de Granta Design.

Ce site Web contient deux catégories de ressources, qui, soit exigent l'emploi de CES EduPack, soit ne l'exigent pas.

Auteur

Mike Ashby

University of Cambridge, Granta Design Ltd.

www.grantadesign.com

www.eng.cam.ac.uk

ReproductionCes ressources sont soumises aux droits d'auteur de Mike Ashby. Vous pouvez reproduire ces ressources pour les utiliser avec des étudiants, pourvu que vous ayez acheté les droits d'accès aux ressources d'Enseignement de Granta Design. Assurez-vous, s'il vous plaît, que Mike Ashby et Granta Design sont cités sur toutes vos reproductions. Vous ne pouvez utiliser ces ressources pour des buts commerciaux.

Précision / Pertinence

Nous faisons tout pour que ces ressources soient d'une grande qualité. Si vous avez des suggestions pour des améliorations, contactez-nous s'il vous plaît par courrier électronique à :

[email protected]

Il y a plus de 200 ressources disponiblesIncluant : 77 diaporamas des Exercices avec leur solution des séquences enregistrées sur le web. des Posters des Rapports d’analyse des Manuels de Solutions des études de cas interactifs

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TraductionNous remercions encore Jean-Noël Chouard du Lycée Victor Bérard de Meroz pour avoir traduit cette ressource. Les personnes souhaitant entrer en contact avec M. Chouard au sujet de cette traduction peuvent le contacter à l’adresse suivante : [email protected]

Documents

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