Qu’est-ce qu’un matériau de structure ?
Les matériaux de structure sont des matériaux utilisés pour soutenir les bâtiments et les structures.
Le bois, l’acier, le béton et le béton armé sont principalement utilisés. Il s’agit de l’élément le plus important et le plus fondamental d’un bâtiment ou d’une structure pour en assurer la durabilité et la sécurité.
Aujourd’hui, le CLT (bois lamellé orthogonal) est de plus en plus utilisé comme nouveau matériau de structure, tout comme le développement et la recherche de matériaux de structure en CFRP (composite renforcé de fibres de carbone).
Utilisations des matériaux de structure
Les matériaux de structure sont utilisés pour soutenir l’ossature des bâtiments et des structures. Plus précisément, il s’agit des éléments structurels de tous les bâtiments et structures, tels que les maisons, les immeubles, les ponts, les barrages et les routes. Les différents types de matériaux de structure ont des utilisations différentes.
Caractéristiques des matériaux de structure
Avantages
Des matériaux de structure appropriés peuvent supporter les forces extérieures dans les bâtiments et autres structures et maintenir la cohésion du bâtiment. Par exemple, dans les bâtiments, les matériaux de structure tels que les poutres et les colonnes peuvent soutenir l’ensemble du bâtiment en absorbant les forces extérieures et en répartissant la charge.
De même, dans les routes et les ponts, les matériaux de structure tels que les chaussées, les piliers et les poutres de pont peuvent supporter les charges des véhicules et des personnes, assurant ainsi la stabilité de la conduite et du passage. De plus, ils sont résistants aux catastrophes naturelles telles que les tremblements de terre et les typhons, ce qui permet de minimiser les dommages causés aux structures.
Grâce à une sélection, une conception et une construction appropriées des matériaux de structure, la résistance aux séismes et à la pression du vent de l’ensemble de la structure peut être augmentée, ce qui rend la structure plus résistante aux tremblements de terre, typhons et autres catastrophes.
Inconvénients
1. Faible durabilité de certains matériaux
Certains matériaux de structure sont susceptibles de se détériorer et de se corroder. Chaque matériau présente des problèmes différents : le bois, par exemple, est susceptible de se décomposer sous l’effet de l’humidité, tandis que l’acier est sujet à la rouille. Un entretien insuffisant peut entraîner des problèmes de durabilité.
2. Importance de la précision de la construction
Des dimensions et un positionnement précis sont nécessaires lors de l’utilisation de matériaux de structure. La précision de la construction est particulièrement importante lorsqu’il s’agit de matériaux lourds tels que l’acier et le béton. En cas de construction incorrecte, la sécurité de la structure peut être affectée.
3. Détérioration au fil du temps
Avec le temps, les performances des matériaux de structure se détériorent. Par exemple, le bois peut devenir plus susceptible de se fissurer en séchant, et l’acier peut rouiller et perdre de sa résistance. De plus, les catastrophes naturelles telles que les tremblements de terre et le vent peuvent exercer une pression sur les matériaux de structure et entraîner leur détérioration.
4. Coûts élevés
Certains matériaux de structure sont coûteux. Par exemple, les charpentes métalliques et le béton armé peuvent augmenter les coûts de construction en raison du coût élevé des matériaux et de la construction. De plus, la sélection des matériaux de structure peut poser un problème de coût, car il faut tenir compte de la durée de vie, des méthodes de construction et de l’entretien, et prendre une décision globale.
Types de matériaux de structure
1. Bois
Le bois est relativement facile à transformer, léger et facile à manipuler. En tant que matériau naturel, il est respectueux de l’environnement et son élasticité permet d’atténuer l’impact des tremblements de terre.
Il possède également d’excellentes propriétés d’isolation thermique, ce qui peut améliorer l’efficacité du chauffage et du refroidissement. Facile à mettre en œuvre, il peut être conçu librement. Cependant, il est vulnérable à l’humidité et aux dommages causés par les insectes.
2. Cadres en acier
Les charpentes métalliques sont utilisées dans la construction métallique des bâtiments, des poutres de pont et des tours en acier. Elles conviennent aux grands bâtiments, tels que les structures lourdes et les immeubles de grande hauteur. Les charpentes métalliques sont très solides et sont souvent utilisées pour les bâtiments de grande taille.
Il présente également une excellente résistance sismique, ce qui permet de construire des bâtiments résistants aux tremblements de terre. Par ailleurs, l’acier présente une excellente résistance au feu et aux incendies. Il présente toutefois l’inconvénient de rouiller facilement et de nécessiter de nombreux travaux d’entretien, tels que la peinture.
3. Béton
Le béton est un matériau de construction fabriqué en mélangeant du ciment, du sable et des agrégats (gravier ou pierre concassée) et est utilisé pour la construction de fondations, de structures et de revêtements routiers. Il est solide, insonorisé, résistant au feu et étanche à l’air.
Il a une excellente durabilité et peut être utilisé pendant une longue période. Toutefois, en raison de son poids, il faut tenir compte des restrictions de poids imposées aux bâtiments.
4. Béton armé
Le béton armé incorpore les meilleurs aspects de l’acier et du béton en incorporant des barres d’acier d’armature dans le béton. Il est largement utilisé comme matériaux de structure dans les les poutres, les colonnes, les planchers et les fondations.
Comme l’acier, il est extrêmement solide et présente une excellente résistance aux tremblements de terre. De plus, il est très résistant au feu et peut être utilisé pour construire des bâtiments résistants au feu. Il présente toutefois l’inconvénient d’être coûteux.
Comment choisir les bons matériaux de structure ?
Lors du choix d’un matériau de structure, il convient d’examiner attentivement les points suivants :
1. L’utilisation prévue
Différents matériaux de structure doivent être sélectionnés pour différentes applications. Par exemple, dans les bâtiments où la résistance au feu est requise, la construction en acier est couramment utilisée. Le bois peut également être utilisé si l’accent est mis sur la flexibilité du bâtiment.
2. L’environnement d’utilisation
Le matériau de structure approprié dépend de l’emplacement et de l’environnement d’utilisation du bâtiment ou de la structure. Par exemple, si le bâtiment doit être construit dans des zones côtières ou marécageuses, il convient de choisir des matériaux résistants à la corrosion. Dans les zones sujettes aux tremblements de terre, il est également nécessaire de choisir des matériaux présentant une résistance élevée aux tremblements de terre.
3. L’équilibre des coûts
Lors du choix des matériaux de structure, il est important de trouver un équilibre entre la performance et le coût des matériaux. Les matériaux à haute performance offrent une durabilité et une résistance accrues, mais sont généralement plus chers.
D’autre part, le choix de matériaux bon marché peut réduire les coûts mais peut limiter les performances.