CHAPITRE 8
Dans ce chapitre,
tu vas réviser tes connaissances sur la masse volumique et découvrir comment on calcule la dilatation des corps.
A la fin de ce chapitre, tu seras capable de trouver la masse d'un corps en connaissant ses dimen-
sions et de calculer la dilatation linéaire d'un élément de construction.
Masse volumique d'un corps
Masse volumique
ρρρρρ
de quelques matériaux (en kg/m3):Les matériaux ont des caractéristiques constantes. Ces caractéristiques permettent de les comparer et de calculer leur masse ou leur dilatation.
Comme son nom l'indique, la masse volumique d'un corps correspond à la masse de ce corps par rapport à son volume.
On désigne une masse volumique par la lettre grecque
ρ
(rhô) . L'unité de la masse volumique est le kg/m3Certains matériaux ont une masse volumique précise.
Exemple:
Pour d'autres matériaux, la masse volumique varie en fonction de la quan- tité de vide, de l'humidité, etc...
Exemple:
ρacier = 7850 kg/m3
ρsable = 1200 à 1800 kg/m3 Pour calculer la masse volumique d'un corps, on divise la masse par le volume.
ρ = m V
On peut également utiliser cette formule, pour calculer la masse et le volume.
V = m m = V · ρ
ρ
On peut facilement mesurer le volume d'un élément de construction, mais plus diffici- lement le peser. En utilisant ces formules, on peut trouver la masse à partir des dimensions.
Exercices:
Acier 7850
Aluminium 2700 Ardoise 2700
Argent 10500
Argile 1800 Asphalte 1100 - 1500 Béton armé 2400 - 2500 Béton damé 1800 - 2200
Bois sec 450 - 810 Chamotte 2000 Chaux hydraul. 1000 Chaux vive 670 Ciment portland 1250 Cuivre 8930 Diamant 3500
Eau 1000
Fer forgé 7800 Fer brut 7300 Fonte grise 7250
Glace 900
Gneiss 2500
Granit 2800
Gypse 1800
Liège 100 - 300
Marbre 2700
Or 19300
Roche calcaire 2600 Quarz 2500 - 2800 Sable 1200 - 1800 Terre 1500 - 2000 Verre 2400 - 2700
Zinc 7100
Complète le tableau par ligne en calculant l'élément manquant Matériaux: Masse: Volume: ρ:
Bois 3,4 kg 0,004 m3 _____kg/m3
Béton armé _______ kg 0,78 m3 2400 kg/m3
Acier 750 kg ______ m3 7850 kg/m3
Ciment Portland _______ kg 40 litres 1250 kg/m3
Calculez la masse de cette couverte en béton armé.
15
1,60 18
Dilatation linéaire d'un corps
Tous les corps se dilatent sous l'effet de la chaleur et se rétractent lorsque la température baisse.
La valeur de la dilatation dépend du matériau, certains ont un fort coefficiant de dilatation et d'autres un faible. La valeur de dilatation des principaux matériaux figure dans des tables. On utilise la lettre grecque α pour désigner un coefficiant de dilatation.
Pour calculer la dilatation d'un corps, on utlise les grandeurs suivantes:
l
1 = augmentation de la longueur de l'élément m∆t = différence de température 0c
l
= longueur de l'élément qui se dilate m α = coefficiant de dilatation linéaire 1°c
Coefficiant
α α α α α
de quelques matériaux et éléments de constructions:Acier 0,0000120
Aluminium 0,0000235
Cuivre 0.0000165
Fonte 0,0000105
Granit 0,0000090
Mur en béton 0,0000120
Mur en briques TC. 0,0000060 Mur en briques silico-calc. 0,0000080
Verre 0,0000090
Zinc 0,0000300
Je te rapelle qu'on effectue les mêmes opérations sur les unités que sur les valeurs.
m = °c · m ·
l
1 = ∆t ·l
· αExemple: Une poutre en acier mesure 10,00 m à une température de 10°c.
Quelle sera son allongement à une température de 50°c.
∆t = 50° - 10° = 40°c
l
1 = 40° · 10,00 m · 0,0000120 = 0.0048 m soit 4,8 mmRemarque:
Sans autres indications, on considère pour calculer la dilatation maximum d'un élément que la différence de tempé- rature d'un élément situé à l'extérieur d'un bâtiment et exposé au rayonnement solaire s'élève en moyenne à...
∆t = env. 90 0C pour un élément sombre
∆t = env. 70 0C pour un élément clair Exercices:
Un mur en béton mesure 20,00 m de longueur à la température ambiante de 20°C.
Calculez l'allongement du mur quand il aura atteint une température de 50°C.
Quel aurait été l'allongement si il avait été construit en briques silico-calcaires?
Un rail de chemin de fer mesure 30,00 m à la tempé- rature ambiante de + 20°c.
Quelle sera sa longueur en hiver à - 25°C ? Quelle sera sa longueur en été à + 50°C
1
°c
Exercices d'applications
Une poutre en béton armé mesure 5,00 m de longueur. La section est de 20 cm par 30 cm. Quelle est la masse de cette poutre.
Quelle serait la différence de masse si on utilisait une poutre en bois (ρ = ~ 850 kg/m3)
Calculez la masse du contenu de 5 bidons de crépi synthétique de 10 litres sachant que la masse volumique du produit est de 1400 kg/m3.
Pour exécuter un crépi synthétique sur une paroi de 7,85 m de longueur et de 2,48 m de hauteur, vous disposez d'un produit dont la masse volumique est de 1350 kg/m3.
Combien de bidons de 10 kg seront-ils nécessaires pour exécuter une couche de 2 mm ?
La charge maximale d'un camion est de 8 tonnes. Quel volume pourra-t-il charger au maximum s'il transporte...
a) de la terre (ρ = ~1800 kg/m3)
b) des blocs de béton non-armé de 50/50/50 cm. (ρ = ~2200 kg/m3) c) du béton frais (ρ = ~2000 kg/m3)
Tu trouveras les valeurs des masses volumiques et des coefficiant de dilatation dans les formulaires.
Vous disposez de 5 bidons de 25 kg de crépi synthétique 0 - 3. La masse volumique du produit est de 1450 kg/
m3 .Quelle surface pourrez-vous cré- pir si vous en appliquez une couche de 3 mm ?
Exercices d'applications
Quelle sera la dilatation maximum d'une poutrelle en acier de 12,00 m de longueur située sur la façade sud d'un bâtiment ?
Un mur en briques silico-calcaire exposé au soleil mesure 32,00 m de longueur.
Combien de joints de dilatation de 8 mm devrez-vous placez sur la longueur si la dilatation des têtes de mur ne doit pas excéder 4 mm.
La partie supérieure de ce bâtiment est constituée d'un profilé en acier de 25,00 m à une température de 10°c.
Quel sera le faux aplomb des pa- rois latérales par une température de 60°c.
25,00
4,00
Dalle en béton sur vide sanitaire
(dilatation considérée comme nulle car la dalle est enterrée et la température est constante.)
