Acier, Bois et Maçonnerie Flashcards
Qu’est-ce que la métallurgie?
Étude des matériaux ferreux et non-ferreux
Que représente la production mondiale des métaux ferreux comme l’acier et la fonte.
90 % de production des matériaux métalliques
Quel est la production mondiale d’acier brut en 2018?
1.8 milliards de tonnes
Ou se trouve majoritairement la production mondiale d’acier brut?
70% en Asie dont 50% en Chine
Quelle évolution la production d’acier brut connait depuis 1950?
Une évolution croissante
Quels sont les étapes de production de l’acier?
- Extraction minerai
- Production fonte première fusion
- Procédé d’affinage et coulage
- Laminage
Qu’est-ce qu’un minerai?
Substance contenant des minéraux (oxydes et sulfures) utiles en proportions suffisantes
Comment amener un minerais à être utilisable en industrie?
Élaboration physique, chimique ou thermique
Quels sont des minerais d’usage courant?
Hématite, Magnétite, Limonite et Taconite
Ou l’extraction de minerai se fait au Canada?
Frontière du Québec & du Labrador et Région des Grands-Lacs
Quels sont les étapes de traitement des minerais?
- Broyage en fines particules
- Extraction du fer avec séparateurs magnétiques
- Nettoyage par flottaison
- Expédition au four en boulette
Qu’est-ce que la production de fonte de première fusion?
Procédé de réduction par chauffage
Quel agent réducteur utilise-t-on lors de la production de fonte de première fusion?
Un agent formé à partir du coke dans le four :
monoxyde de carbone pour capter oxygène combiné avec le fer dans minerai
Qu’est-ce que du coke dans un four?
Combustible artificiel, souvent du charbon
Quel élément fondant utilise-t-on lors de la production de fonte de première fusion?
La chaux pour capter les impuretés dans l’acier (laitier)
À quoi sert l’air dans la production de fonte de première fusion?
- Fournir la combustion de coke en oxygène
- Réduction de l’oxyde de fer
Une fois la production de fonte de première fusion réalisé, ou le mélange est-il coulé?
Dans des moules ou des bassins de transferts
Quel est la composition de la fonte?
95% de fer, 3-5% de carbone et des impuretés
Nommer deux caractéristiques de la fonte?
- Peu résistante
- Très fragile (trop de carbone)
Quel est le but du procédé d’affinage?
Diminuer la quantité d’impuretés et de carbone en les combinant avec l’oxygène
Que se passe-t-il lors du procédé d’affinage?
Réaction d’oxydation par chauffage de la fonte avec oxygène dans un four à haute température
Qu’est-ce qui est utilisé lors du procédé d’affinage?
- Un four à réverbère avec de l’oxygène (essentiel)
- Four à oxygène
- Four électrique (peut être arrêté = avantage)
Qu’est-ce qui est affiner lors du procédé d’affingae et qu’est-ce que cela représente?
L’acier et sa composition chimique finale
Après le procédé d’affinage, que fait-on avec l’acier?
Vidange du four et coulage de l’acier
Quelles sont les techniques de coulages utilisés pour l’acier?
Coulage en lingots (+ rare Auj.) et coulage en continu
En quoi consiste le coulage en lingots de l’acier?
Transféré dans un moule en forme de lingot, refroidissement partiel et trempage dans un bassin à 1200 C pour refroidissement uniforme et matériau homogène
Quelles sont les possibles caractéristiques des lingots d’acier?
Effervescent, Bloqué, Semi-calmé et Calmé
Comment sont obtenus les lingots d’acier semi-calmé et calmé?
Utilisation d’un agent désoxydant (silicium et aluminium)
Comment sont transformé les lingots d’acier complètement reffroidis?
En produits semi-finis par laminage
Pourquoi le coulage de l’acier en lingots est de - en - utilisé?
Plus de travail et acier moins homogène
En quoi consiste le coulage en continu?
Contenu transféré en continu dans des moules de formes de produits semi-finis
Nommer 3 exemples de produits semis-finis obtenus à l’aide du coulage de l’acier en continu?
Billettes, blooms et brames
Quels sont les différents types de laminage de l’acier?
À froid et à chaud
Quelles sont les caractéristiques structuraux de l’acier?
Refroidissement acier : les cristaux se forment avec des orientations différentes et avec des jonctions (joint de grain) qui bloquent le déplacement lors d’appliction de charge
Quels sont les caractéristiques de l’acier avec le laminage à froid?
Augmentation permanente du nb de joints de grains donc entrave déplacements = + résistant et - ductile
Quels sont les caractéristiques de l’acier avec le laminage à chaud?
Augmentation temporaire du nb de joints de grains (avant refroidissement) donc résistance et ductilité pareil
Que peut-on obtenir suite au laminage de l’acier?
Tôles fortes, bandes laminées, barres laminées, fils machine, rond à tubes. profilés de construction et rails
Quelles sont les composantes principales de l’acier?
Fer >95%, Carbone 0,16 à 0,28% et Manganèse 0,3 à 1,65%
À quoi sert le carbone dans l’acier?
Augmenter résistance & dureté et diminuer ductilité & résilience
C’est quoi la ductilité?
Propriété de subir déformation permanente sans rupture ou fissure avec effort de traction
C’est quoi la résilience?
Propriété à résister à des impacts répétés
Quel est le désavantage du carbone dans l’acier?
Difficilement soudable si en grosse quantité
À quoi sert le manganèse dans l’acier?
Augmenter soudabilité, malléabillité et résilience
Qu’est-ce que la soudabillité?
Capacité à être soudé
Qu’est-ce que la malléabilité?
Capacité de déformation lors de la modification de la structure ou composition (laminage)
Quel est l’avantage de manganèse dans l’acier?
Proportion de 1,0-1,4% = bonne résilience
Quels sont les composantes secondaires de l’acier?
P , S, Si, Cr, Ni, Cu
Quelles composantes de l’acier sont des impuretés?
P et S
À quoi sert le chrome dans l’acier?
Améliore la trempabilité et la résistance à la corrosion
Qu’est-ce que la trempabilité?
Aptitude d’un produit ferreux à donner lieu transfo. martensitique et bainitique (augmente dureté)
À quoi sert le cuivre dans l’acier?
Améliore la résistance à la corrosion
À quoi sert l’aluminium/silicium dans l’acier?
Éléments désoxydants (enlève oxygène)
À quoi sert le molybdène dans l’acier?
Améliore la résistance à température élevée et résistance à la corrosion
À quoi sert le nickel dans l’acier?
Meilleure résilience à basse température
Quelles sont les différentes classifications de l’acier?
Non alliés, faiblement alliés et alliés
Que représente un acier non allié?
Sans composantes secondaires
Comment appelle-t-on les acier non alliés?
Acier au carbone (ordinaire ou haute résistance)
Quels sont les avantages de l’acier au carbone?
Simples à produire et moins coûteux
Pour quoi étaient utilisés les acier au carbone avant?
Les aciers structuraux
Quelle est la relation Résistance traction et ductilité face au pourcentage de carbone dans l’acier au carbone?
Augmente et Réduit en augmentant pourcentage
Que représente un acier faiblement alliés?
Avec composantes secondaires
Comment appelle-t-on les aciers faiblement alliés?
Acier haute résistance, résistant à la corrosion (Cr, Cu, Ni) et traité thermiquement
Quels sont les avantages des acier faiblement alliés?
Limite élastique plus élevés que non alliés ou au carbone et bons pour les aciers structuraux
Que représente un acier allié?
Avec composantes secondaires
Quel est l’avantage de l’acier allié?
Très haute résistance dû au traitement thermique (recuit, trempe et revenu)
Qu’est-ce que l’étape de recuit dans l’acier allié?
Chauffage élevé pour affiner le grain de l’acier et restaurer l’homogénéité de sa structure moléculaire
Qu’est-ce que l’étape de trempe dans l’acier allié?
Refroidissement très rapide par jet d’air ou d’eau pour améliorer les résistances mécaniques et la dureté
Qu’est-ce que l’étape de revenu dans l’acier allié?
Chauffage faible pour réduire la fragilité apportée par la trempe
Pour quoi est utiliser l’acier allié?
Fabrication d’outils (mèches, pièces forage et coupe, pièces soumises hautes température) et barres, ronds et pièces forgés
Quels sont les différents profilées de l’acier du génie civil?
- En I
- À ailes parallèles
- En C (U)
- En T
- Soudés
Quels sont les autres produits finis de l’acier du génie civil?
cornières en L à ailes égales ou inégales
tubes
produits plats laminés
palplanches
cables
torons
tiges
armatures
boulons
goujons
Qu’est-ce qu’un profilé en I et à ailes parallèles?
Constitués de 1 âme et 2 ailes parallèles
Quels sont les dénominations possibles des profilés en I et à ailes parallèles?
W (normal)
M (spécial)
HP (profondeur = largeur)
S (face intérieur ailes est incliné de 17%)
Comment lire un profilé W530x138 ?
Normal 530mm Prof. * 138 kg/m Masse Linéaire
Qu’est-ce qu’un profilé en C?
Constitués de 2 ailes raccordées à l’âme en
leur extrémité
Quel est la dénomination possible des profilés en C?
C ou MC
Qu’est-ce qu’un profilé en T?
Obtenus en coupant longitudinalement, au centre de l’âme, des profilés en I à ailes parallèles
Quel est la dénomination possible des profilés en T?
WT
Quel est le lien entre les dénominations W et WT?
W460x106 = 2 WT230x53
Qu’est-ce qu’une cornière en L à ailes égales ou inégales?
Produits laminés avec 2 ailes
perpendiculaire
Quel est la dénomination possible des cornières en L?
L 127x89x13 (hauteurlargeurepaisseur)
Quels sont les différents types de tube d’acier?
Tubes sans joint et tubes soudés
Quel est la dénomination des tubes d’aciers?
HSS (d x b x t profilé
prismatique, ou d x t profilé circulaire)
Quelles sont les différentes catégories de tubes d’acier?
H : formés à chaud
C : formés à froid
Qu’est-ce que des profilés soudé?
Les ailes sont reliées perpendiculairement à l’âme en leur milieu par des cordons de soudure
Quels sont les nominations possibles des profilés soudé?
WWF : I avec ailes égales
WRF : I avec ailes inégales
Quels sont les différents type de produits plats laminés?
Tôle coffrage (plancher bâtiment), tôle pour couverture (toit bâtiment) et tôles pour bardage (murs bâtiment)
Qu’est-ce que des palplanches?
Produit qui sert à retenir les sols ou l’eau
À quoi servent les câbles, torons et tiges d’acier?
Pour les ouvrages en béton précontraint
À quoi sert les armatures d’acier?
Pour les ouvrages en béton armé
À quoi sert les boulons en acier?
Pour fixer mécaniquement différents profilés en acier
À quoi servent les goujons?
Assurer la liaison entre la dalle de béton et les éléments de support en acier
Quels sont des applications possibles des produits finis en acier?
Structures (charpente), Ponts, viaduc, etc.
Quels sont les différentes propriétés mécanique de l’acier?
Résistance à la traction, ductilité, résistance à la fatigue, dureté, résilience et résistance aux incendies
Quel est la spécificité des propriétés mécaniques de l’acier?
Elles varient en fonction des alliages et des nuances
Quelles sont les phases du comportement en traction de l’acier?
- Linéaire élastique
- plastique (plateau + écrouissage)
- Rupture avec striction (réduc grosseur endroit spécifique)
- Rupture
Qu’arrive-t-il avec la contrainte lors de l’essai en traction sur l’acier?
La contrainte en fonction de l’air initiale diminue, mais en fonction de l’air réel, elle augmente
Quelle est la contrainte de rupture de l’acier?
(Fu) = 350 à 700 MPa
Quelle est la limite élastique de l’acier?
(Fy) = 300 à 600 MPa
Pourquoi la ductilité est importante en génie civil?
Pour éviter les ruptures fragiles sans avertissement
Que peut-on dire de la ductilité du béton, de l’acier et du béton fibré à ultra haute performance?
Fragile, ductile et ductile
Qu’est-ce que la résistance à la fatigue?
Capacité de l’acier à éviter formation d’une fissure dans une zone ou les sollicitation sont cycliques
C’est quoi la dureté de l’acier?
Mesure de la profondeur de l’empreinte d’un
pénétrateur qui tombe sur une pièce en acier
Quels essais peuvent être effectuer sur l’acier pour tester la dureté?
Brinell et Vickers
Quelle est la formule de la dureté selon Brinell?
HB =
[2F]/[pi*D(D-sqrt{D^2-d^2})]
F = Force
D = diamètre
d = diamètre empreinte
Quelle est la formule de la dureté selon Vickers?
HV = 1,854 F / d^2
d = diagonale de l’empreinte
F = force
Quelle est la résilience de l’acier?
Haute température : résilient (rupture ductile
Basse temp. : perd sa résilience (rupture fragile)
Quel essai peut être faire pour mesurer la résilience/ténacité?
Essai Charpy
Qu’est-ce que la résistance aux incendies de l’acier?
Perte de résistance mécanique et augmentation ductilité à partir de 250 C (+ important à 550 C)
Comment retarder le transfert de chaleur du feu à l’acier?
Utilisation de membres ou de cloisons coupe-feu, vermiculite et plâtre
Quelle est l’épaisseur de vermiculite à utiliser et son temps de retardement?
13mm et 1/2h avant 550 C
Quelle est l’épaisseur de plâtre à utiliser et son temps de retardement?
50mm et 4h avant 550 C
Quelles sont les formules de calcul du périmètre en contact avec le feu pour l’acier sur une dalle de plancher, avec vides et sans vides?
- D = 2d + 3b - 2w
- D = 2 (d + b)
- Aucune
Quelles sont des techniques pour améliorer la résistance au feu de l’acier?
Ajouts de produits (vermiculite et plâtre), de couches externes (maçonnerie, béton, etc), enrobage, ect.
Quels sont les propriétés physiques de l’acier?
Densité, masse volumique, coefficient de dilatation thermique et de poisson, module élasticité et fluage
Quelle est la densité et la masse volumique de l’acier?
d = 7.85 et rho = 7850 kg/m^3
Quels sont les coefficient de dilatation thermique et de poisson de l’acier?
alpha = 11.7x10E-06
v (défform. transv. sur longit.) = 0,3
Quel est le module d’élasticité de l’acier?
200 GPa (pente élastique 1, E)
Qu’est-ce que le fluage?
Déformation en focntion du temps d’un matériau soumis à une contrainte constante
Quand est-ce que le fluage se produit dans l’acier?
Haute température soit > 450 C (incendie)
Quels sont les trois phases du fluage de l’acier causé par augmentation de la température ou de la contrainte?
Phase primaire : taux déformation décroissant
Phase secondaire : taux de déformation constant
Phase tertiaire : taux déformation croissant menant à rupture
Qu’est-ce que la nuance de l’acier?
Différents types d’acier par leurs caractéristiques chimiques et mécaniques
Quels sont les nuances d’aciers?
W, WT, R, A, AT, Q, QT
Qu’est-ce que la nuance de l’acier W?
Aciers soudables (charpentes de bâtiment)
Qu’est-ce que la nuance de l’acier WT?
Aciers soudables à résilience améliorée (ponts)
Qu’est-ce que la nuance de l’acier R?
Aciers patinables, réssitance à la corrosion atmosphérique (revêtements extérieurs bâtiment)
Qu’est-ce que la nuance de l’acier A?
Aciers patinables et soudables, combinaison type W et R
Qu’est-ce que la nuance de l’acier AT?
Aciers patinables et soudables à résilience améliorée (ponts et matériel transport)
Qu’est-ce que la nuance de l’acier Q?
Aciers faiblement alliés, trempés et revenus, limite élastique élevé, évite altératinon lors soudures (charpentes légères de grandes réssitaces)
Qu’est-ce que la nuance de l’acier QT?
Aciers faiblement alliés,
trempés et revenus à résilience
améliorée, comme Q avec bonne résist. rupture fragile et résilience basse temp. (charpente légère ponts et matériel transport > et grues)
Que représente les deux parties de : 350 W pour l’acier?
350 = limite élastique
W = Nuance
Quelles sont les dénominations typiques pour un bâtiment et un pont?
350W et 350AT
Vrai ou Faux : La nuance de l’acier est différente de la classification des profilés?
Vrai
Quels sont les avantages de l’acier?
- Qualité et légèreté
- Préfabrication et rapidité du montage
- Facilité de transformation et de démontage
- Résistance à la corrosion
- Multiplicité d’alliages
- Recyclage
Quels sont les avantages de la qualité et la légèreté de l’acier?
Fabrication contrôlé pour bonne qualité et charpentes plus légères grâce haute résistance mécanique
Quels sont les avantages de la préfabrication et rapidité du montage de l’acier?
Usinage et perçage des pièces en atelier, montage et boulonnage rapide en chantier
Quels sont les avantages de la facilité de transformation et de démontage de l’acier?
Faciliter modifier/renforcer charpentes existantes et démontage/récupération charpentes d’acier possible (réduit couts)
Quels sont les avantages de la résistance à la corrosion de l’acier?
Les aciers patinables rendent les structures résistantes à la corrosion
Quels sont les avantages de la multiplicité d’alliages de l’acier?
On peut créer un alliage correspondant à différentes exigences de conceptions
Quels sont les avantages du recyclage de l’acier?
Réduction en petits morceaux des pièces d’acier désuètes et retour au procédé d’affinage pour fabriquer nouvelle pièce
Quel sont les désavantages de l’acier?
Produits finis en acier très couteux et surconsommation d’Acier en Asie (Inde et Chine)
Historiquement à quoi servait le bois?
Combustile
Hébergement
Outils
Armes
Transport
Médicaments
Quels sont les avantages du bois?
Facilité travail et assemblage, Poid & Résistance aux impacts, durabilité, Enduits protecteurs, isolant naturel, esthétique, Eco-friendly, réutilisable, recyclabe et sécuritaire
Quel est l’avantage de la facilité de travail du bois?
Facile de scier, clouer, percer à l’aide d’outils peu sophistiqués comme une scie, marteau, équerre
Quel est l’avantage de la facilité d’assemblage du bois?
Construction rapide et économique
Quel est l’avantage de la résistance du bois?
Le bois est très résistant aux impacts & flexion, meilleur contre les tremblements de terre et absorbe 9 x plus virbrations que l’acier
Quel est l’avantage du poid du bois?
Le bois est léger
Quel est l’avantage de la durabilité du bois?
Le bois est durable s’il ne développe aucun champignons/pourritures (Degré humidité < 19%)
Quel est l’avantage des enduits protecteurs du bois?
Le bois peut être enduit de peintures/teintures
Quel est l’avantage d’isolant thermique du bois?
Isolant naturel contre bruit et chaleur (R = 1,5/pouce)
Quel est l’avantage d’esthétisme du bois?
Plusieurs styles et formes de bois
Quel est l’avantage du respect de l’environnement du bois?
Matériau récolté puis replanté suivant cycle de regénération continu (600 millions semis planté/an CAN)
Quel est l’avantage de réutilisation et de recyclage du bois?
Tout est dans le titre mdr
Quel est l’avantage de sécurité du bois?
Avec normes, les constructions en bois sont aussi sécuritaires que acier ou béton
Quelle comparaison peut être fait entre le cout environnemental du bois, de l’acier et du béton?
1 m^3 de bois sauve 1.1 tonne de CO2 quand on remplace autres matériaux et demande moins énergie de transformation
Quels sont les désavantages du bois?
Déterioration, disponibilité/dimensions, résistance aux incendies, aux insectes, limitée, sensible à l’humidité, matériau hétérogène, Teneur en eau
Quel est le désavantage de déterioration du bois?
Champignons destructeurs avec oxygène et humidité > 19% (T entre 20 et 30 C)
Ou la déterioration du bois se prononce-t-elle plus?
Ligne du sol avec cycles mouillage/séchage
Ou la déterioration du bois est-t-elle moindre?
Parties submergés dans sol humide ou dans l’eau
Comment éviter la déterioration du bois?
Bonne ventilation, drainage et protection des extrémités plutôt perméable du bois & traiter avec des agents de préservation (ACC, ACA, crésote)
Quel est le désavantage de la disponibilité/dimensions du bois?
En fonction des récoltes
Quel est le désavantage de la résistance aux incendies du bois?
Le bois doit être protégé par un traitement ignifuge ou par un matériau incombustible pour résister
Quel est le désavantage de la résistance aux insectes du bois?
Insectes se servent du bois comme habitat ou nourriture donc traitements contres
Quel est le désavantage de l’eau dans le bois?
Eau a un effet sur résistance mécanique, retrait et gonflement et défauts qui apparaissent au séchage
Comme obtenir une forêt?
Semance ou régénération naturelle