Étude du comportement mécanique du plâtre pris en relation avec sa microstructure - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2001

Relation between microstructure and mechanical properties of set plaster

Étude du comportement mécanique du plâtre pris en relation avec sa microstructure

Abstract

Set plaster is commonly used in buildings, as coatings or ready-made units. Its good thermal and acoustic insulation properties, as well as a great lightness, make this material particularly adapted to an indoor use. Few papers have been published on the mechanical behavior of set plaster, only the strong influence of porosity is well established. This work aims to study the mechanical properties of set plaster in relation to its microstructural characteristics. Microstructure of set plaster is a complex entanglement of gypsum crystals. A numerical model is developed to describe the material. Estimation of elastic properties from this model, using a finite element method, is in very good agreement with the experimental results. Mechanical behavior of dry set plaster is linear elastic. However, a crack propagation study shows the existence of energy dissipative mechanisms in the material. A crack propagation model is developed, based on the crack interaction with the various elements of the microstructure, to explain the measured behavior. Influence of water on set plaster is considered in the last chapter of the thesis. Water uptake reduces the mechanical properties of set plaster, by decreasing the quality of intercristalline bonding. Original internal friction measurements allow the characterization of slip between gypsum crystals, explaining the non-linearity of the mechanical behavior of wet plaster. The sensitivity of the material strain to the test speed is interpreted using a micromechanical model for the contact zone.
Le plâtre pris est couramment utilisé en construction, sous forme d'enduits ou d'éléments préfabriqués. Ses bonnes propriétés d'isolation thermique et acoustique, ainsi qu'une grande légèreté, le rendent particulièrement adapté à un emploi en intérieur. Peu d'études sont actuellement publiées sur le comportement mécanique du plâtre pris, seule la forte sensibilité de sa tenue mécanique avec la porosité est bien établie. Ce travail a pour objectif d'étudier les propriétés mécaniques du plâtre pris et de les relier à ses caractéristiques microstructurales. Le plâtre pris présente une microstructure complexe, formée d'un enchevêtrement de cristaux de gypse. La description de la microstructure est effectuée par un modèle numérique de placement de barres dans un volume. Le calcul des propriétés élastiques par la méthode des éléments finis sur ces modèles est en très bon accord avec les résultats expérimentaux. La loi de comportement du plâtre pris sec est linéaire élastique, mais l'étude de la propagation de fissures met en évidence des mécanismes de dissipation d'énergie dans le matériau. Un modèle de propagation est développé, basé sur l'interaction de la fissure avec les différents éléments de la microstructure, permettant d'interpréter le comportement expérimental. L'influence de l'eau sur le plâtre pris est considérée dans la dernière partie. L'eau entraîne une diminution des propriétés mécaniques, pouvant s'expliquer par un affaiblissement de la qualité de la liaison entre cristaux. Des essais originaux de frottement intérieur permettent de caractériser l'apparition de glissements entre cristaux de gypse, à l'origine de la non-linéarité du comportement mécanique. La sensibilité de la déformation du matériau à la vitesse de sollicitation est établie et interprétée par un modèle de comportement des contacts.
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Dates and versions

tel-00477188 , version 1 (28-04-2010)

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  • HAL Id : tel-00477188 , version 1

Cite

Sylvain Meille. Étude du comportement mécanique du plâtre pris en relation avec sa microstructure. Matériaux. INSA de Lyon, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00477188⟩
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