Pierres de construction :utilisations, habillage et conservation | Matériaux d'ingénierie

Dans cet article, nous discuterons de:- 1. Utilisations des pierres 2. Lit naturel de pierres 3. Habillage 4. Détérioration 5. Retard 6. Préservation 7. Pierres artificielles.

Utilisations des pierres  :

Les pierres sont utilisées dans la construction de bâtiments de l'Antiquité et la plupart des anciens temples et forts de notre pays ont été construits avec des pierres. Le Taj Mahal à Agra et le Fort Rouge, Jama Masjid, le Parlement, le Secrétariat central et Rashtrapati Bhawan à Delhi et diverses autres structures importantes réparties sur toute la longueur et la largeur de notre pays nous fournissent les splendides exemples de contribution des pierres comme matériau de construction. Même à l'heure actuelle, ils constituent un matériau de base pour le béton de ciment et les briques.

Voici les différentes utilisations des pierres :

(1) Structure :

Les pierres sont utilisées pour les fondations, les murs, les colonnes, les linteaux, les arcs, les toits, les sols, les cours anti-humidité, etc.

(2) Visage-Travail :

Les pierres sont adoptées pour donner un aspect massif à la structure. Les murs sont en briques et le parement est réalisé en pierres de teintes souhaitées. C'est ce qu'on appelle la maçonnerie composite.

(3) Pavage :

Les pierres sont utilisées pour couvrir le sol des bâtiments de divers types tels que résidentiel, commercial, industriel, etc. Elles sont également adoptées pour former le pavage des routes, des sentiers, etc.

(4) Matériel de base :

Les pierres sont désagrégées et transformées pour former un matériau de base pour béton de ciment, marum de routes, ciments calcaires, pierres artificielles, blocs creux, etc.

(5) Divers :

En plus des utilisations ci-dessus, les pierres sont également utilisées comme :

(i) Ballast pour chemins de fer,

(ii) Flux dans les hauts fourneaux,

(iii) Blocs dans la construction de ponts, piles, culées, murs de soutènement, phares, barrages, etc.

Il faut cependant se rappeler que les pierres perdent progressivement leur popularité en tant que matériau de construction en raison des faits suivants :

(i) Le dressage des pierres s'avère fastidieux, laborieux et chronophage.

(ii) Les pierres de la force et de la qualité souhaitées ne sont pas facilement disponibles à des tarifs modérés, en particulier dans les zones de plaine.

(iii) Les alternatives aux histoires, à savoir R.C.C. et l'acier, se sont avérés plus solides, moins encombrants, plus durables et plus adaptés à la construction actuelle de bâtiments importants et à plusieurs étages.

(iv) Les structures construites en pierres ne peuvent pas être conçues rationnellement comme dans le cas du R.C.C. ou des structures en acier.

Lit Naturel de Pierres  :

(1) Définition :

Les pierres de construction sont obtenues à partir de roches. Ces roches ont un plan de division distinct le long duquel les pierres peuvent facilement être divisées. Ce plan est connu sous le nom de lit naturel de pierre et il indique ainsi le plan ou le lit sur lequel la pierre sédimentaire a été déposée à l'origine. Le lit naturel de pierre ne doit pas nécessairement être horizontal.

Pour les roches sédimentaires, il est facile d'observer et de localiser le lit naturel car il se situe le long des plans de stratification. Pour les roches ignées, le lit naturel a peu d'importance ou d'importance et il est également difficile à déterminer.

(2) Importance :

En maçonnerie de pierre, la règle générale à observer est que la direction du lit naturel de toutes les pierres sédimentaires doit être perpendiculaire ou presque à la direction de la pression. Une telle disposition donne une résistance maximale à la maçonnerie.

Les lits naturels de pierres peuvent être détectés en versant de l'eau et en examinant les directions des couches. La loupe peut également être utilisée à cet effet. Un ouvrier expérimenté peut facilement localiser la direction du lit naturel des pierres à partir de la résistance offerte au ciseau. Les pierres se cassent facilement le long de ces lits naturels.

Par rapport au lit naturel, les pierres sont placées dans différentes situations comme suit :

(i) Arches :

Dans les arcs en pierre, les pierres sont placées avec leurs lits naturels radiaux comme le montre la fig. 2-1.

Avec une telle disposition, la poussée de l'arc agit normalement par rapport à la direction des lits naturels.

(ii) Corniches, rangs de cordes, etc. :

Les pierres sont partiellement sans support en cas de corniches, cordons, etc. Par conséquent, elles doivent être placées avec la direction des lits naturels comme verticale. Ce principe ne sera pas valable pour les pierres angulaires. Il serait souhaitable, dans de tels cas, d'adopter des pierres sans lits naturels.

(iii) Murs :

Les pierres doivent être placées dans les murs avec la direction de leurs lits naturels horizontale comme indiqué sur la fig. 2-1.

Vêtements de pierres  :

Les pierres, après avoir été extraites, doivent être taillées aux dimensions appropriées et avec des surfaces appropriées.

Ce procédé est connu sous le nom de dressage des pierres et il est réalisé aux fins suivantes :

(i) Pour obtenir l'apparence souhaitée du travail de la pierre,

(ii) Pour rendre le transport depuis la carrière facile et économique,

(iii) Pour répondre aux exigences de la maçonnerie en pierre,

(iv) Pour profiter des hommes locaux près de la carrière qui sont formés pour ce type de travail, etc.

En ce qui concerne le lieu de travail, l'habillage peut être divisé en deux types, à savoir l'habillage de carrière et l'habillage de chantier.

Au lieu de la carrière, les pierres sont grossièrement dressées pour garantir les avantages suivants :

(i) Sur le site de la carrière, il est possible d'obtenir une main-d'œuvre bon marché pour le processus de dressage des pierres.

(ii) Il est possible de trier les pierres pour différents travaux, si l'on pratique le dressage de carrière.

(iii) Les parties irrégulières et rugueuses des pierres sont supprimées, ce qui diminue le poids des pierres et facilite également le transport des pierres.

(iv) La surface naturelle du lit de pierres peut être mise en évidence lors de l'habillage de la carrière.

(v) Les pierres, lorsqu'elles sont extraites, contiennent de la sève de carrière et, par conséquent, elles sont relativement douces et peuvent être facilement taillées.

Voici les variétés de finitions obtenues par le dressage des pierres :

(1) Finition Axée :

Les surfaces des pierres dures comme le granit sont dressées au moyen d'une hache. Une telle finition est appelée finition à la hache.

(2) Fini vanté ou poussé :

Dans ce type de finition, le faner est utilisé pour faire des marques parallèles non continues sur la surface de la pierre comme indiqué sur la fig. 2-11. Ces marques peuvent être horizontales, inclinées ou verticales. Un fanfaron est un ciseau ayant un bord de largeur finition vanillée ou battue d'environ 60 mm.

(3) Marges ciselées :

Afin d'obtenir des joints uniformes dans le travail de la pierre, les marges sont placées qui peuvent être soit équarries, soit inclinées, soit chanfreinées.

(4) Finition circulaire :

Dans ce type de finition, la surface de la pierre est rendue ronde ou circulaire comme dans le cas d'une colonne.

(5) Finition traînée ou peignée - Dans ce type de finition, une traînée ou un peigne, qui est un morceau d'acier avec un certain nombre de dents, est frotté sur la surface dans toutes les directions et sur toute la surface, comme illustré à la fig. 2-12, est obtenu. Cette finition convient uniquement aux pierres tendres.

(6) Finition sillonnée :

Dans ce type de finition, une marge d'environ 20 mm de largeur, est enfoncée sur tous les bords de pierre et la partie centrale est faite en saillie d'environ 15 mm.

Un certain nombre de rainures verticales ou horizontales d'environ 10 mm de large sont formées dans cette partie en saillie, comme le montre la fig. 2-13. Cette finition est généralement adoptée pour faire ressortir les pierres d'angle.

(7) Finition moulée :

La surface de la pierre peut être moulée dans n'importe quelle forme souhaitée afin d'améliorer l'apparence de l'œuvre. Les moulures peuvent être réalisées à la main ou à la machine.

(8) Finition martelée :

Dans ce type de finition, les pierres sont faites grossièrement carrées ou rectangulaires au moyen d'un marteau de Waller comme indiqué sur la fig. 2-14. Les pierres taillées au marteau n'ont pas de coins pointus ou irréguliers et ont une surface relativement uniforme de manière à bien s'intégrer dans la maçonnerie.

(9) Finition unie :

Dans ce type de finition, la surface de la pierre est rendue approximativement lisse à la scie ou au ciseau.

(10) fini poli :

La surface des pierres telles que les marbres, les granits, etc. peut être polie à la main ou à la machine.

(11) poinçonneuse :

Sur la surface de la pierre, les dépressions sont réalisées à l'aide d'un poinçon. La surface de la pierre prend la forme d'une série de creux et de crêtes.

(12) Finition réticulée :

Ce type de finition présente un aspect de filet comme le montre la fig. 2-15. Une marge, d'environ 20 mm de large, est marquée sur les bords de la pierre et des enfoncements irréguliers sont réalisés sur l'espace clos. Une marge d'environ 10 mm de large est prévue autour de l'enfoncement de forme irrégulière, ayant une profondeur d'environ 5 mm. Un outil pointu est utilisé pour mettre les marques sur la surface coulée de manière à présenter un aspect grêlé.

(13) Finition frottée :

Ce type de finition est obtenu en frottant une pierre avec la surface ou en frottant la surface à l'aide d'une machine adaptée.

L'eau et le sable sont librement utilisés pour accélérer le processus de frottement.

(14) Finition au grattage :

Dans ce type de finition, les projections irrégulières sont enlevées avec un marteau à racleur et de cette façon, les pierres sont grossièrement dressées.

(15) Finition usinée :

La surface de la pierre est finie au moyen d'un ciseau et des marques continues parallèles, horizontales ou inclinées ou verticales, sont laissées sur la surface.

(16) Finition auto-facée ou à face rocheuse ou à face de carrière :

Certaines pierres, telles qu'obtenues en carrière, possèdent une surface lisse et peuvent être directement posées sur l'ouvrage. Une telle surface de pierre est appelée finition auto-face ou à face rocheuse ou à face de carrière.

(17) Finition coulée :

Cette finition est obtenue en enfonçant la surface sous le niveau d'origine sous forme de larges rainures, chanfreins, surfaces inclinées, etc.

(18) Finition vermiculée :

Cette finition est similaire au type réticulé sauf ; que les naufrages sont plus courbés. Cette finition présente un aspect vermoulu.

Détérioration des pierres :

Les pierres à faces apparentes subissent l'action de diverses intempéries et détériorations.

Voici les causes de la pourriture des pierres :

(1) Alternance d'humidité et de séchage

(2) Givre

(3) Impuretés dans l'atmosphère

(4) Organismes vivants

(5) Mouvements de produits chimiques

(6) Nature du mortier

(7) Eau de pluie

(8) Variations de température

(9) Croissance végétale

(10) Vent.

(1) Alternance d'humidité et de séchage :

Les pierres sont rendues humides par divers agents tels que la pluie, le gel, la rosée, etc. Une telle surface humide est séchée par le soleil. On constate que les pierres soumises à une telle alternance d'humidité et de séchage s'usent rapidement.

(2) Givre :

Dans les stations de montagne ou les endroits très froids, l'humidité présente dans l'atmosphère se dépose dans les pores des pierres. Au point de congélation, cette humidité gèle et ce faisant, elle augmente de volume et provoque le fendillement de la pierre.

(3) Impuretés dans l'atmosphère :

L'atmosphère contient diverses impuretés qui ont des effets néfastes sur les pierres. Par exemple, les acides et les fumées sont prédominants dans une ville industrielle. Ces impuretés agissent sur le carbonate de chaux et provoquent la détérioration de la pierre.

(4) Organismes vivants :

Certains organismes vivants comme les vers et les bactéries agissent sur les pierres et les détériorent. Ces organismes font des trous dans les pierres et les affaiblissent ainsi. Ils sécrètent également des acides organiques qui ont une action corrosive sur les minéraux de la pierre.

(5) Mouvements de produits chimiques :

Si des pierres de différentes variétés, telles que le calcaire et le grès, sont utilisées côte à côte dans la même structure, les produits chimiques formés par l'action des agents atmosphériques sur une variété peuvent se déplacer sur l'autre et provoquer la détérioration de cet autre.

Par exemple, si le grès est placé sous le calcaire, les produits chimiques apportés du calcaire par l'eau de pluie ou toute autre raison provoqueront la pourriture du grès. De la même manière, si le calcaire granulaire et le calcaire magnésien sont utilisés ensemble, le calcaire granulaire peut se détériorer en raison de l'absorption du sulfate de magnésium du calcaire magnésien.

(6) Nature du mortier :

La nature du mortier utilisé comme liant dans la maçonnerie en pierre peut être telle qu'il peut réagir chimiquement avec l'un des constituants des pierres et ainsi conduire à la désintégration des pierres.

(7) Eau de pluie :

L'action de l'eau de pluie sur les pierres est trop démultipliée – physique et chimique. La pluie mouille la surface de la pierre et elle est séchée par le soleil. Une telle alternance d'humidité et de séchage entraîne la désintégration de la pierre. C'est l'action physique de l'eau de pluie.

L'eau de pluie, en descendant dans l'atmosphère jusqu'à la surface de la terre, absorbe le dioxyde de carbone (CO₂ ), le sulfure d'hydrogène (HgS) et d'autres gaz présents dans l'atmosphère. Ces gaz agissent négativement sur les pierres et provoquent la pourriture des pierres. C'est l'action chimique de l'eau de pluie.

(8) Variations de température :

L'augmentation de la température entraîne l'expansion des pierres. La chute de température provoque la contraction des pierres. Si les hausses et baisses de températures sont fréquentes, les pierres se détériorent facilement du fait de la mise en place de contraintes internes.

(9) Croissance des légumes :

Les lianes et certains arbres se développent à la surface de la pierre avec leurs racines dans les joints entre les pierres. De telles racines attirent l'humidité et maintiennent la surface de la pierre humide. En même temps, ils essaient de s'étendre. De telles actions accélèrent alors la décomposition des pierres.

(10) Vent :

Le vent contient de fines particules de poussière. S'il souffle à grande vitesse, ces particules heurteront la surface de la pierre et ainsi les pierres se décomposeront. Le vent permet également à l'eau de pluie de pénétrer avec force dans les pores des pierres. Une telle eau, en gelant, se dilate et fend les pierres.

Retard de la décomposition des pierres  :

Les précautions suivantes doivent être prises pour retarder l'action de décomposition des agents d'altération sur les pierres :

(1) Pierres siliceuses compactes :

Il est souhaitable de n'utiliser que des pierres siliceuses compactes pour les surfaces extérieures des bâtiments importants. Ces pierres doivent avoir une texture cristalline dense. L'utilisation de grès cimentés avec un liant siliceux doit être faite et l'utilisation de pierres calcaires ou de grès calcaires à texture ouverte doit être évitée pour les surfaces extérieures des villes industrielles.

(2) Rendus externes :

Pour les bâtiments ordinaires, les enduits extérieurs tels que le jointoiement ou le plâtrage doivent être donnés à la surface de la pierre au moment de la construction.

(3) Articulations :

Tous les joints de la maçonnerie en pierre doivent être complètement remplis de manière à avoir une structure saine et solide sans creux ni cavités.

(4) Lits Naturels :

Les pierres doivent être placées en position sur leurs lits naturels.

(5) Qualités des pierres :

L'utilisation de pierres finies, polies et bien taillées doit être préférée aux pierres brutes.

(6) pierres assaisonnées :

Les pierres fraîchement extraites contiennent de la sève de carrière qui accélère l'action de décomposition et, par conséquent, ces pierres doivent être assaisonnées pendant un temps suffisant en les exposant avant d'être mises en place.

(7) Taille des pierres :

Il est conseillé d'utiliser des pierres de grande taille dans la mesure du possible afin de minimiser le nombre de joints qui sont des signes de faiblesse et par lesquels l'eau ou l'humidité pénètre facilement.

(8) Lavage à l'eau :

La surface des pierres apparentes doit être maintenue aussi propre que possible et à cet effet, elle doit être lavée à l'eau à intervalles réguliers.

Préservation des pierres  :

La pourriture des pierres de construction de qualité inférieure est dans une certaine mesure évitée, si elles sont correctement conservées. A cet effet, les conservateurs sont appliqués sur les surfaces en pierre.

Un conservateur idéal a les propriétés suivantes :

(i) Il ne permet pas à l'humidité de pénétrer la surface de la pierre.

(ii) Il ne développe pas de couleur désagréable.

(iii) Il durcit suffisamment pour résister aux effets dus aux divers agents atmosphériques.

(iv) Il pénètre facilement dans la surface de la pierre.

(v) C'est économique.

(vi) Il est non corrosif et inoffensif.

(vii) Il reste efficace longtemps après séchage.

(viii) Son application sur la surface de la pierre est facile.

Il faut cependant rappeler qu'il n'existe pas un seul conservateur qui convienne à tous les types de pierres. Le choix d'un conservateur nécessite donc une réflexion approfondie. Selon la composition chimique des pierres et leur emplacement dans la structure, un conservateur particulier doit être recommandé. Chaque cas doit être bien étudié avant de faire un choix final.

Voici les conservateurs couramment adoptés pour préserver les pierres :

(1) Goudron de houille :

Si du goudron de houille est appliqué sur la surface de la pierre, il préserve la pierre. Mais la couleur du goudron de houille produit une apparence désagréable et la surface recouverte de goudron de houille absorbe la chaleur du soleil. C'est pourquoi ce conservateur n'est généralement pas adopté car il gâche la beauté des pierres.

(2) Huile de lin :

Ce conservateur peut être utilisé soit comme huile de lin brute, soit comme huile de lin bouillie. L'huile de lin brute ne perturbe pas la teinte d'origine de la pierre. Mais il nécessite un renouvellement fréquent, généralement une fois par an. L'huile de lin bouillie dure longtemps, mais elle assombrit la surface de la pierre.

(3) Peinture :

Une application de peinture sur la surface de la pierre sert de conservateur. La peinture change la couleur d'origine de la pierre. Il est appliqué sous pression, si une pénétration profonde est requise.

(4) Paraffine :

Ce conservateur peut être utilisé seul ou il peut être dissous dans du neptha puis appliqué sur la surface de la pierre. Il change la couleur d'origine de la pierre.

(5) Solution d'Alun et de Savon :

L'alun et le savon noir sont pris à raison d'environ 0,75 N et 0,50 N respectivement et ils sont dissous dans un litre d'eau. Cette solution, lorsqu'elle est appliquée sur la surface de la pierre, agit comme conservateur.

(6) Solution de Baryte :

Une solution d'hydroxyde de baryum Ba(OH)₂ , lorsqu'il est appliqué sur la surface de la pierre, agit comme un conservateur. Ce conservateur est utilisé lorsque la pourriture de la pierre est principalement due au sulfate de calcium, CaSO₄ .

Une réaction chimique a lieu –

Ba(OH)₂ + CaSO₄ =BaSO₄ + Ca(OH)₂

Le sulfate de baryum est insoluble et il est le moins affecté par les agents atmosphériques. L'hydroxyde de calcium absorbe le dioxyde de carbone de l'atmosphère et forme du carbonate de calcium CaCO₃ ce qui ajoute à la force de la pierre.

Pierres artificielles  :

Ceux-ci sont également connus sous le nom de pierres coulées ou de pierres reconstituées.

(1) Procédure de fabrication d'une pierre artificielle :

La procédure suivante est généralement adoptée pour fabriquer une pierre artificielle :

(i) La pierre naturelle est concassée en tailles inférieures à 6 mm.

(ii) La poussière de pierre est enlevée.

(iii) Un mélange de 1½ A parties de pierres de taille 3 mm à 6 mm, 1½ parties de pierres de taille inférieure à 3 mm et 1 partie de ciment en volume est préparé.

(iv) Le pigment nécessaire pour produire l'effet de couleur souhaité est ajouté au mélange ci-dessus. Sa proportion ne doit pas dépasser 15 % de ciment en poids.

(v) L'eau en quantité requise est ajoutée et un mélange minutieux des matériaux est effectué.

(vi) Le mélange ainsi préparé est transféré dans des moules spécialement construits.

(vii) Il est autorisé à durcir et sa surface est maintenue humide. La pierre artificielle est alors prête sous forme de bloc.

(viii) Le polissage est fait, si nécessaire.

(ix) Le ciment blanc peut être utilisé à la place du ciment ordinaire pour produire une couleur de teinte claire.

(2) Formes de pierres artificielles :

Les pierres artificielles peuvent prendre diverses formes comme suit :

(i) Béton de ciment :

Il s'agit d'un mélange de ciment, de granulats fins, de granulats grossiers et d'eau. Il peut être coulé sur place ou préfabriqué. Il est largement utilisé à l'heure actuelle. Si l'acier est utilisé avec du béton de ciment, il est connu sous le nom de béton de ciment armé ou R.C.C. construction.

(ii) Carreaux de mosaïque :

Les carreaux de béton préfabriqués avec des éclats de marbre à la surface supérieure sont appelés carreaux de mosaïque. Ils sont disponibles dans différentes teintes et sont largement adoptés à l'heure actuelle.

(iii) Terrazzo :

Il s'agit d'un mélange de copeaux de marbre et de ciment. Il est utilisé pour les salles de bain, les bâtiments résidentiels, les temples, etc.

(3) Avantages des pierres artificielles :

Voici les avantages des pierres artificielles :

(i) Les cavités peuvent être conservées dans les pierres artificielles. Ces cavités sont utilisées pour acheminer des tuyaux, des fils électriques, etc.

(ii) Les rainures peuvent être conservées dans une pierre artificielle pendant sa coulée. Ces rainures sont utiles pour la fixation de divers raccords.

(iii) Il peut être moulé dans la forme souhaitée pour répondre aux exigences architecturales.

(iv) Il peut être réalisé en une seule pièce et donc la difficulté d'obtenir de gros blocs de pierres pour les linteaux, poutres, etc. est évitée.

(v) Elle peut être rendue plus résistante que la pierre naturelle.

(vi) C'est bon marché et économique car les pierres de plus petites tailles sont consommées avec profit.

(vii) Il résiste également bien à la détérioration et à la désintégration causées par divers agents atmosphériques comme la pluie, le gel, etc.

(viii) Il est plus durable que la pierre naturelle.

(ix) Le lit naturel est absent dans les pierres artificielles et donc la question de prendre des précautions vis-à-vis du lit naturel de pierres ne se pose pas.