Impact de la morphologie structurale sur les performances mécaniques des matériaux de construction : application au plâtre et à la pâte de ciment

Influence of structural morphology on the mechanical properties of building materials : applications to gypsum and cement pastes

• Auteur / Autrice : Julien Sanahuja
• Direction : Luc Dormieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et structures
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris Est

Mots clés

Mots clés contrôlés

Milieux granulaires

Élasticité

Contraintes (mécanique)

Ciment

Fluage

Plâtre

Résumé

Malgré une mise en oeuvre en apparence très simple, le béton manifeste une grande complexité, provenant de ses caractères multiéchelle et multiphysique. Le plâtre pris présente des traits de complexité similaires. Cette étude a pour principal but d’évaluer si l’homogénéisation des milieux aléatoires est pertinente pour appréhender de façon prédictive le comportement mécanique du plâtre pris et de la pâte de ciment. Les phénomènes explorés incluent et vont au delà de l’élasticité : rupture, endommagement, fluage. La raideur et la limite élastique du plâtre pris sont d’abord modélisées et validées. Le comportement post-pic est aussi abordé. Un modèle morphologique de pâte de ciment est ensuite itérativement mis au point, et validé en élasticité. On considère également la limite élastique des c-s-h et on aborde le fluage de ceux-ci et de la pâte. Enfin, on explore l’impact de phénomènes intergranulaires sur la rupture (en vue d’applications aux grès) et le fluage de polycristaux poreux.

Despite its widespread use, concrete is a genuinely complex material, exhibiting a multiscale and multiphysics nature. Gypsum also presents such a complexity, although in a somewhat less pronounced way. The main objective of this study is to evaluate the applicability of Eshelby-based homogenization of random media to investigate the mechanical behaviour of gypsum and cement pastes. We explore mechanical phenomena such as elasticity, as well as failure, damage and creep. Firstly, the stiffness and the elastic limit of gypsum are modelled and validated. A micro-to-macro damage model is also proposed to investigate the post-peak behaviour. Secondly, a simplified morphological model of cement paste is developed to estimate the stiffness. The elastic limit of c-s-h is also investigated. A preliminary model of creep of c-s-h and cement paste is proposed. Thirdly, we investigate the influence of interfacial phenomena on failure (having sandstones in mind) and creep of a porous polycrystal.