Formulation des bétons lourds , Application dans les fondations profondes

Formulation of heavy concrete , Application in deep foundations

• Auteur / Autrice : Emna Bouali
• Direction : El-Hadj Kadri, Abdelhak Ayadi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 27/07/2020
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Jamel Ouali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ali Nordine Leklou, Amjad Kallel, Jena Jeong, Mongi Ben Ouezdou, Abdelhak Kaci
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ali Nordine Leklou, Abderrazek Kallel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction durable

Mots clés libres

Simulation numérique

Granulats lourds

Béton lourd

Pieu foré

Comportement rhéologique

Fondation profonde

Drilled pile

Heavy density concrete

Rheological behaviour

Numerical simulation

Deep foundation

Heavy aggregates

Résumé

Les bétons lourds sont des bétons spéciaux de haute densité qui dépasse les 3000 kg/m3 comparativement aux bétons ordinaires (2350 kg/m3). Généralement, ils sont utilisés comme des écrans de protection contre les rayonnements ionisants au niveau des installations nucléaires ce qui permet de réaliser des ouvrages porteurs assurant une protection contre les rayons Gamma et d’autres rayons radioactifs. Ils sont utilisés aussi comme des lests dans les applications nécessitant un contre poids important. Des granulats de forte densité sont utilisés pour la fabrication de ces bétons comme la barytine (sulphate de baryum), l’hématite et la magnétite (minerais à base d’oxydes de fer), des déchets ferreux, grenailles de fer ou d’acier… grâce aux propriétés particulières qui les caractérisent tel que la haute densité, la faible abrasivité et la neutralité chimique. Cette étude porte sur l’influence de ces additions utilisées sur le comportement rhéologique (viscosité plastique et seuil de cisaillement) et mécanique des bétons lourds confectionnés. Les résultats obtenus ont montré que l’augmentation du pourcentage d’ajout d’addition (de 38% jusqu’à 54%) provoque une augmentation de la viscosité plastique et du seuil de cisaillement. L’objectif principal de cette présente recherche, est d’étudier la faisabilité d’utiliser ces bétons lourds dans les fondations profondes et plus précisément dans le bétonnage des pieux forés. Afin de répondre à cet objectif, un dispositif équivalent reproduisant à échelle réduite le bétonnage des pieux forés et permettant donc d’établir des corrélations entre la mise en place du béton avec le dispositif proposé et la mise en place réelle du béton sur les chantiers, a été mis en place. Plusieurs configurations de fixation du tube plongeur ont été étudiées. L’ensemble des résultats obtenus a permis de régler la hauteur de fixation du tube plongeur à 15 cm du fond du pieu afin de favoriser la sortie du premier béton et l’évacuation du fluide de forage. Des simulations numériques de l’écoulement d’un fluide à seuil en présence d’un deuxième fluide ont étés réalisées en utilisant COMSOL Multiphysics. L’influence des paramètres rhéologiques et de la densité des bétons utilisés dans le bétonnage des pieux a été étudiée à travers ces simulations. Il a été montré que l’augmentation du béton utilisé (de 2435 kg/m3 à 3064 k/m3) augmente le volume de fluide évacué c’est-à-dire, plus le béton est dense plus, il arrive à chasser le fluide et le remplacer dans le tube.Mots

Heavy concretes are special concretes of high density, which is almost 3000 kg/m3 instead of 2350 kg/m3 in the case of ordinary concretes. Usually, they are used as shields against ionizing radiation at nuclear facilities, which allows the construction of load-bearing structures providing protection against Gamma and other radioactive rays. They are also used as ballast in structures requiring a high weight. Aggregates and heavy additions are used for the manufacture of these concretes such as barite, hematite, magnetite, ferrous waste, granules of iron and steel, thanks to their particular properties such as high density, low abrasivity and chemical neutrality. This study deals with the influence of these additions used on the rheological (plastic viscosity and yield stress) and mechanical behavior of the heavy concretes made in order to highlight the effect of the density of the additions on the behavior of the concretes. The results obtained showed that the increase in the addition percentage (from 38% to 54%) causes an increase in the plastic viscosity and the yield stress. The main objective of this research is to study the feasibility of using these heavy concretes in deep foundations specifically in the concreting of bentonite-bored piles. In order to meet this objective, equivalent tests have been set up through the development of a device that simulates the concreting techniques applied at construction sites. Numerical simulations of concreting bentonite-bored piles have been performed using Comsol Multiphysics, through which the influence of rheological parameter and density of concretes was studied. It has been shown that increasing the concrete density from 2435 kg/m3 to 3064 kg/m3, increases the evacuated volume of drilling fluid.