Les cheminées de remontée d'eau des parois moulées - Étude de l'interface béton/cake/sol

The chimneys of water upwelling of the diaphragm wall - Study of the concrete/cake/soil interface

• Auteur / Autrice : Sandra Sfeir
• Direction : Chafika Djelal-dantec, Yannick Vanhove
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur Génie Civil
• Date : Inscription en doctorat le 15/10/2024
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire Génie Civil & Géo-Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LGCgE-Artois

Mots clés

Mots clés libres

Paroi moulée

Remontée d'eau

Bentonite

Béton

Boue thixotropique

Diaphragm wall

Water upwelling

Bentonite

Concrete

Thixotropic mud

Résumé

La réalisation des excavations profondes dans les zones urbaines suppose l'utilisation de structures de soutènement réalisée en béton armé appelée paroi moulée, afin de protéger les constructions existantes avoisinantes. La construction d'une paroi moulée résulte du bétonnage d'une tranchée préalablement excavée dans le sol et maintenue continuellement noyée dans une boue thixotropique pendant toute la durée de l'excavation. La boue est un mélange d'eau et de bentonite (argile gonflante additionnée de polymères). Une fois la profondeur voulue atteinte, les cages d'armatures et un joint vertical aux extrémités de l'excavation sont installées. Le béton, d'une densité de 2500 kg/m3 environ, est coulé dans des colonnes de bétonnage en se substituant à la boue bentonitique, de densité 1050 kg/m3 environ, introduite en phase provisoire pour le maintien des parois. Au contact du sol et en fonction de sa perméabilité, la boue de forage peut pénétrer dans le sol entre les grains imprégnant ainsi les abords de la tranchée. Une certaine épaisseur de sol, en fonction de sa nature et des propriétés de la bentonite, voit ses caractéristiques modifiées. L'eau libre de la bentonite peut se dissiper à travers le sol entraînant la formation d'une fine couche de bentonite concentrée, de viscosité élevée, appelée ‘cake' aux abords de la paroi. Ce cake formant un gel bentonitique présente une barrière étanche sur toute la surface de la tranchée. En raison de la modification de son état physico-chimique au contact du béton (le fort pH du béton fait floculer la bentonite), des échanges hydriques sont possibles entre le sol et le béton au contact du cake. L'écoulement d'eau entre la cage et le sol peut entraîner les fines du béton (délavage du béton) provoquant ainsi une ségrégation du squelette granulaire sujet à amplifier le phénomène de cheminée de remontée d'eau. L'apparition de canaux longitudinaux de remontée d'eau le long de la paroi peut également être liée à la pression hydrostatique du béton. Pour cela, un dispositif a été développé au cours de la thèse d'Abdul El Zein (2023). Il permet de créer l'interface béton/cake/sol des parois moulées afin d'étudier l'écoulement de l'eau dans milieu bidirectionnel et de comprendre le comportement du béton et la capacité de rétention de la bentonite sous des pressions élevées. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier l'interaction béton/bentonite/sol afin de comprendre le phénomène de formation du cake et son comportement lors du bétonnage en lien avec la perte possible de fluidité partielle du béton et les cheminées de remonté d'eau. La nature du sol sera également un paramètre de l'étude. Les résultats expérimentaux permettront de proposer une compréhension des mécanismes des cheminées de remontée d'eau en lien avec la formulation du béton, le cake et la nature du sol.

The construction of deep excavations in urban areas requires the use of support structures made of reinforced concrete called diaphragm walls, in order to protect existing neighboring buildings. The construction of a diaphragm wall results from the concreting of a trench previously excavated in the ground and kept continuously submerged in a thixotropic mud throughout the excavation. The mud is a mixture of water and bentonite (swelling clay with added polymers). Once the desired depth is reached, the reinforcement cages and a vertical joint at the ends of the excavation are installed. The concrete, with a density of approximately 2500 kg/m3, is poured into concreting columns, replacing the bentonite mud, with a density of approximately 1050 kg/m3, introduced in the temporary phase to maintain the walls. Upon contact with the ground and depending on its permeability, the drilling mud can penetrate the ground between the grains, thus impregnating the edges of the trench. A certain thickness of soil, depending on its nature and the properties of the bentonite, sees its characteristics modified. The free water in the bentonite can dissipate through the ground, leading to the formation of a thin layer of concentrated bentonite, of high viscosity, called a ‘cake' around the wall. This cake, forming a bentonite gel, presents a waterproof barrier over the entire surface of the trench. Due to the modification of its physicochemical state upon contact with the concrete (the high pH of the concrete causes the bentonite to flocculate), water exchanges are possible between the ground and the concrete upon contact with the cake. The flow of water between the cage and the ground can carry away the fines from the concrete (concrete washout), thus causing segregation of the granular skeleton, which can amplify the phenomenon of the rising water chimney. The appearance of longitudinal channels of rising water along the wall can also be linked to the hydrostatic pressure of the concrete. For this, a device was developed during Abdul El Zein's thesis (2023). It makes it possible to create the concrete/cake/soil interface of the diaphragm walls in order to study the flow of water in a bidirectional environment and to understand the behavior of the concrete and the retention capacity of bentonite under high pressures. The objective of this thesis is therefore to study the concrete/bentonite/soil interaction in order to understand the phenomenon of cake formation and its behavior during concreting in connection with the possible loss of partial fluidity of the concrete and the rising water chimneys. The nature of the soil will also be a parameter of the study. The experimental results will make it possible to propose an understanding of the mechanisms of the rising water chimneys in connection with the formulation of the concrete, the cake and the nature of the soil.