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Dilatation thermique des matériaux et amplitude de mouvement du joint

Qu’est-ce que la dilatation thermique des matériaux ?

La dilatation thermique des matériaux est l'augmentation de volume, généralement imperceptible, d'un corps lors de l’élévation de sa température, à pression constante. Cette dilatation s'explique par l'augmentation de l'agitation thermique des particules qui constituent le corps. Si le corps est long, sa dilatation sera surtout preceptible dans le sens de la longueur : on parle alors de sa dilatation linéaire.

Si la dilatation thermique est de petite amplitude, elle développe toutefois une très grande force, qu’il est donc nécessaire de prendre en compte dans les constructions, par exemple :

  • les rails de chemin de fer ne sont pas soudés les uns contre les autres ou alors ils sont taillés à leurs extrémités en biais.
  • les deux extrémités d'un pont ne sont pas scellées dans la maçonnerie mais reposent sur des galets de roulement.
  • entre les bâtiments existent des joints de dilatation.

L’ensemble des matériaux se dilate plus ou moins sous l’effet des augmentations de température. Chaque matériau utilisé dans la construction a son propre coefficient de dilatation, c’est pourquoi :

  • la liaison de deux matériaux avec des coefficients de dilation différents doit répondre à des sollicitations mécaniques élevées, ce qui donne lieu généralement à un compromis entre performance et souplesse.
  • des joints de dilatation sont présents tous les 25ml sur les constructions de grandes tailles.
  • les produits de calfeutrement doivent rester étanches malgré les dilatations différentielles des supports à jointoyer, ex : entre châssis et béton.

Quelques exemples de coefficient de dilatation

  • Béton  : 10 x 10-6  °C-1
  • Acier   : 12 x 10-6   °C-1
  • Alu      : 23 x 10-6  °C-1
  • PVC    : 80 x 10-6  °C-1
  • Bois     : 35 à 55 x 10-6  °C-1
  • PMMA : 80 x 10-6  °C-1

Pour la menuiserie, le PVC ou le PMMA se dilatent 3.5 fois plus que l’aluminium et 6 à 7 fois plus que l’acier. Le béton armé, l’acier et le béton ont une dilatation assez proche.

Le dimensionnement d’un joint calfeutré au mastic ou avec une mousse imprégnée dépend en partie de la dilatation du matériau utilisé, ainsi que de la taille des éléments à jointoyer. C’est un des facteurs qui explique la dimension mini/maxi exigée pour les joints :

  • En menuiserie : de 5 à 20mm maxi, un joint au-delà de 20mm est inutile pour reprendre la dilatation d’une menuiserie.
  • En façade légère : de 5 à 30mm maxi, les éléments sont de taille plus importante qu’en menuiserie.
  • En façade béton : de 8mm à 40mm, un joint de dilatation nécessaire tous les 25ml.

Comment calculer l'amplitude de mouvement d'un joint ?

ΔL =  α . L₀ . ΔT

Autrement dit : l’amplitude de mouvement du joint (en m) est égale au coefficient de dilatation du matériau α (en °C-1) multiplié par la dimension initiale du joint (en m) et par l’écart entre les températures maxi et mini (en °C).

La capacité de mouvement totale du joint se calcule en divisant l’amplitude de mouvement du joint par la largeur du joint (en %). Le produit de calfeutrement à mettre en œuvre pour l’étanchéité de ce joint doit supporter ce pourcentage de mouvement.

Quelles solutions de calfeutrement des joints pour répondre à cette problématique de dilatation ?

Les produits illbruck sont conçus pour répondre à cette problématique de dilatation : 

  • Larges plages d’utilisation pour nos mousses imprégnées : on choisit la plage d’utilisation de la mousse en fonction de la dimension du joint à calfeutrer ; idéalement la largeur du joint mesurée doit correspondre à la valeur milieu de la plage d’utilisation de la mousse. L’amplitude de mouvement du joint correspond à la totalité de la plage de la mousse imprégnée.  Exemple : pour calfeutrer un joint de 10mm de large, on choisira une mousse imprégnée avec une plage d’utilisation de 7 à 14mm (avec une amplitude d’environ +/- 4mm)
  • 12.5% de capacité de mouvement total pour nos mastics classés 12.5P (« P » comme plastique, en général des mastic acryliques). Exemple : un joint de 10mm de large acceptera une amplitude de mouvement du joint de 1.25mm
  • 25% de capacité de mouvement total pour la plupart de nos mastics classés 25E (« E » comme élastomère : Silicone, Hybride, Polyuréthane). Exemple : un joint de 10mm de large acceptera une amplitude de mouvement du joint de 2.5mm

Exemple avec notre mousse imprégnée TP600