Le procédé de jet grouting Soilcrete - Keller-MTS

Le procédé de
jet grouting
Soilcrete®
Brochure 67-03 F
Sommaire
Histoire...................................3
Le procédé Soilcrete ®. ........ 4
Les différents procédés........ 6
Les formes géométriques.... 7
Séquences de
construction.......................... 8
Soilcrete ®
pour stabiliser...................... 10
Soilcrete ®
pour étanchéité ..................11
Adresses............................... 12
Soilcrete® – Histoire
La technique du jet grouting se limitait au
début à de petits travaux de reprise en
sous-œuvre. Pour en arriver à la technologie de pointe d’aujourd’hui, de nombreux
développements furent nécessaires.
• Le procédé fut modifié pour s’adapter
aux différents types de sols.
Avec l’acquisition d’une licence pour le
procédé de jet grouting en 1979 et son
introduction en Europe sous le nom commercial de Soilcrete®, Keller a ouvert de
nouvelles possibilités pour répondre à des
problèmes de stabilisation des ouvrages.
• L’application fut développée étape
par étape pour fournir des solutions
à une variété de problèmes.
• Le matériel a été développé et amélioré.
• Le procédé a sans cesse été perfectionné.
Cette brochure fait le point sur la
technique Soilcrete® aujourd’hui.
3
Le procédé de jet grouting Soilcrete®
Le procédé de jet grouting
Le procédé de jet grouting Soilcrete® se
définit comme une stabilisation de sol à
l’aide de ciment. Le sol est découpé grâce
à des jets sous haute pression d’eau ou de
coulis de ciment (éventuellement enrobés
d’air), présentant des vitesses supérieures
ou égales à 100 m/sec en sortie de buse.
Le nom “Soilcrete” vient de la rencontre
des notions de “soil” (sol) et “concrete”
(béton en anglais). Du sol avec une consistance de béton, une description qui caractérise ce type de stabilisation de sol.
Le sol découpé autour du forage est
mélangé au coulis de ciment. Ce mélange
sol/coulis est en partie refoulé jusqu’en
haut du forage par l’espace annulaire entre
les tiges et la paroi du forage. Différentes
configurations géométriques d’éléments de
Soilcrete® peuvent être réalisées. Le rayon
Argile
Limon
Sable
Graviers
Cailloux
100
Soilcrete®
80
Injection de gels organiques
Solutions de silicate de sodium [bv]
60
Gels de silicate [hv]
Passant [en % du poids]
Domaine d’application
des différentes
techniques d’injection
Ciments ultrafins
40
Coulis de ciment
Mortiers
20
bv = basse viscosité
hv = haute viscosité
bien adapté
0,002
0,006
0,02
0,06
peu adapté
de découpage du jet, qui peut atteindre
3,50 m, varie en fonction du type de sol à
traiter, du type de procédé Soilcrete® et
de la nature du fluide à haute énergie.
Le procédé est régi par la norme euro­
péenne EN 12716.
4
0,2
0,6
2,0
6,0
20
60
Granulométrie [mm]
0
Applications
Contrairement aux méthodes de stabilisation
de terrain conventionnelles, le Soilcrete® peut
être utilisé pour stabiliser et étancher tous
types de sols (des alluvions lâches aux argiles).
Ceci s’applique également aux sols hété­
rogènes et aux couches à caractéristiques
changeantes, y compris les matériaux
organiques. Les roches tendres comme
le grès ont aussi été traitées par Keller.
Les propriétés du Soilcrete®
En fonction du but à atteindre, le Soilcrete®
est utilisé soit comme un moyen de stabilisation, soit comme un élément étanche.
Une combinaison de ces deux propriétés est
nécessaire de plus en plus fréquemment.
La résistance en compression du Soilcrete®
varie de 2 à 25 MPa et dépend de la quantité
de ciment utilisée et de la proportion de
sol restant dans la masse de Soilcrete®.
L’effet d’étanchéité du Soilcrete® contre les
infiltrations d’eau est obtenu en sélectionnant
la composition adéquate du coulis à utiliser,
avec si nécessaire l’ajout de bentonite. Le
type et la quantité de coulis injecté, ainsi
que la nature et le volume de sol restant
dans la masse de Soilcrete®, déterminent
ses propriétés vis-à-vis de l’étanchéité.
Résistance à la compression du Soilcrete®
Mélanges de Soilcrete®
destinés à l’étanchéité,
testés en laboratoire
Station de pompage et
de contrôle Soilcrete®
Développement de la résistance du Soilcrete ®
Résistance à la compression en %
de la résistance finale
Passant [en % du poids]
100
100
Limon
Sable
Graviers
50
sol
non cohésif
75
50
sol
cohésif
25
0
0,002
0,06
2,0
60
Granulométrie [mm]
Type de sol
Résistance à la
compression [MPa]
Limon
Sable
Graviers
≤5
≤ 10
< 25
En fonction de la nature des sols, un écran
de Soilcrete® permet de réduire le coefficient
de perméabilité de plusieurs puissances de 10.
Une grande rigueur dans la production est
nécessaire pour atteindre la haute garantie
de qualité requise pour obtenir le degré
d’étanchéité recherché. Les caractéristiques
de renforcement et d’étanchéité des
colonnes de Soilcrete® sont utilisées pour
de nombreuses applications. Le type de
coulis doit être adapté en conséquence.
0
7
14
21
28
35
42
Âge [jours]
Fondation
Soilcrete ®
Les masses de
Soilcrete® montrent
un contact parfait
avec toutes formes
de fondations
5
Soilcrete® – Les différents procédés
Le Soilcrete® peut être réalisé de trois façons différentes. La méthode
à utiliser est déterminée par le type de terrain prédominant, la forme
géométrique, ainsi que la qualité recherchée des éléments de Soilcrete®.
Coulis
Jet de coulis
Le tubage triple achemine
séparément les flux d’air,
d’eau et de coulis jusqu’à
l’outil porte-buses
Air
Coulis
Tricône et moniteur
Soilcrete®
6
Reflux
Jet de coulis
enrobé d’air
Air
Eau
Coulis
CAO pour l’optimisation
de formes complexes de
Soilcrete® avec le logiciel
Soiljet®
Reflux
Reflux
Jet d’eau
enrobé d’air
Jet de coulis
Soilcrete® - S
(procédé direct Simple) s’effectue avec un jet
de coulis pour découper et mélanger le sol
simultanément sans enrobage d’air. La vitesse
du jet en sortie de buse est supérieure à
100 m/sec.
Le procédé Soilcrete® - S est utilisé pour des
petites à moyennes colonnes de jet grouting.
Soilcrete® - D
(procédé direct Double) s’effectue avec un
jet de coulis pour découper et mélanger
le sol simultanément. Pour augmenter la
capacité d’érosion et le rayon d’action
efficaces du jet de coulis, le jet est enrobé
d’air au moyen d’une buse annulaire.
Le procédé Soilcrete® - D est principalement
utilisé pour des blindages de fouilles, reprises
en sous-œuvre et bouchons étanches.
Soilcrete® - T
(procédé Triple) découpe le sol avec un
jet d’eau enrobé d’air. Le coulis est injecté
simultanément par une buse supplémentaire
située sous la buse d’eau. La pression
du coulis est supérieure à 15 bars. Une
alternative à ce procédé consiste à utiliser
le jet d’eau sans enrobage d’air, notamment
pour des colonnes subhorizontales.
Le procédé Triple est utilisé pour les projets
de reprise en sous-œuvre, voiles étanches et
bouchons étanches, et est particulièrement
bien adapté dans le cas de sols cohésifs.
Soilcrete® – Les formes géométriques
Simple
Double
La forme géométrique de base d’éléments
de Soilcrete® est créée par le mouvement
du train de tiges :
• La remontée du train de tiges
sans rotation permet de créer des
panneaux – si plusieurs buses de
jet sont utilisées, des panneaux
multiples peuvent être réalisés.
Exemples de combinaisons
réalisables à partir des
formes élémentaires
Bouchon étanche
• La remontée avec rotation alternée
selon un angle donné crée des secteurs
angulaires (1/8, 1/4, 1/3 de colonne, etc.)
ou des lamelles (faible amplitude).
• La rotation complète permet de
créer des colonnes cylindriques.
Colonne
Lamelle
A = Quart de colonne
B = Demi-colonne
C = Colonne entière
Soilcrete® – Les formes de base
Les formes de base de Soilcrete® peuvent
être disposées et combinées entre elles
pour créer tout type de forme.
Voiles étanches simples
Voiles étanches doubles
(ou triples) recoupés
Dégarnissage d’une zone de test avec plusieurs
colonnes Soilcrete® sécantes pour un bouchon
étanche
Dégarnissage d’éléments de Soilcrete® destinés
à la reprise en sous-œuvre dans des sols sableux
Éléments de Soilcrete® interconnectés
Murs de colonnes
sécantes
Fondations profondes
Voile de lamelles avec un bouchon étanche
Éléments de reprise en sous-œuvre
7
Soilcrete® – Séquences de mise en œuvre
Les petites foreuses
fabriquées par Keller
permettent d’accéder
à des zones de
travail confinées
L’installation de chantier pour le Soilcrete®
comprend des containers de stockage,
des silos et une unité compacte de
malaxage et d’injection. Des flexibles
relient l’unité de pompage à la foreuse
en station. La hauteur du mât varie de
2,40 m dans les soubassements à plus
de 35 m dans les espaces ouverts.
Les points de forages sont normalement
situés dans des petites tranchées équipées
de pompes. De là, les spoils (mélange
eau/ciment/sol) sont pompés vers des
bacs de décantation ou des réservoirs.
Air
Eau
Pompe
Coulis de ciment
Réservoir
Recyclage des spoils
8
1 Forage
2 Jet
3 Injection
Des tiges équipées avec un portebuses de jet et un taillant sont
utilisées pour forer le trou jusqu’à
la profondeur requise. En général,
le coulis est utilisé comme fluide
de forage pour stabiliser les parois
du trou pendant la phase de forage.
Pour traverser la maçonnerie ou
le béton, on utilise des taillants
spéciaux.
La déstructuration de la structure
granulaire avec un puissant jet
de fluide commence en partie
basse de l’élément de Soilcrete®.
L’excédent du mélange eau/sol/
ciment est évacué à la surface
par le vide annulaire entre la tige
de forage et la paroi du forage.
Les paramètres de production
prédéterminés sont enregistrés
en continu.
Pour tous les types de Soilcrete®,
un coulis de ciment est injecté sous
pression simultanément à l’érosion
du sol. Les turbulences créées par
la technique du Jet résultent en un
mélange uniforme du coulis avec
le sol dans la zone de traitement.
Jusqu’à ce que l’élément de Soil­
crete® commence à faire prise,
la pression hydrostatique dans le
forage est maintenue par l’ajout de
coulis dans le forage.
Moyens de contrôle
Jusqu’à 12 différents paramètres de mise en
œuvre d’éléments de Soilcrete® peuvent
être enregistrés et utilisés par l’ingénieur
en charge de la supervision et du contrôle.
Appareil de mesure M5
Programme : Machine n° :
130481
Lot :
0
Date :
12.06.10
Densité :
Légende :
Ciment/
Bentonite
Temps
Soilcrete ® procédé D (1.0.0)
Chantier :
6814225
Point n° :
19
N° :
Heure :
16:287:30
Intervalle :
Profondeur
Avancement
Poussée
[m]
[m/min]
[bars]
20 0 20
0 100 200
[s]
0
5
10
Pression
d'injection
[bars]
0 250 500
3
2s
Débit coulis
[l/min]
0 250 500
Rotation
[T/min]
0 50 100
0
1000
2000
3000
Unité de malaxage
4000
5000
6000
7000
8000
Durée totale : 149,63 min Prof. max. : 6,3 m Longueur colonne : 6,1 m
4 Remontée
Les paramètres de
travail sont enregistrés
électroniquement
La qualité de mise en œuvre est assurée par
des vérifications optiques et manuelles ainsi
que des contrôles.
Les éléments de Soilcrete® de toutes
formes peuvent être réalisés aussi
bien en continu qu’avec des reprises,
et combinés et connectés de toutes
les manières.
La séquence de travail respecte les
exigences techniques et les conditions
de la structure à traiter.
Échantillons prélevés
dans des éléments
de Soilcrete®
9
Les applications du Soilcrete®
Soilcrete® pour stabiliser
Les travaux de reprise en sous-œuvre permettant la réalisation d’excavations
adjacentes sont l’une des applications principales de stabilisation, de même que la
modification et la restauration de fondations. Le Soilcrete® permet également de
nouvelles applications pour la construction de tunnels dans les sols meubles.
Reprise en sous-œuvre
Protection de tunnels
La reprise en sous-œuvre
par création d’un murpoids à faible déformation,
parfois également utilisé
comme une barrière
étanche, peut être réalisée
en toute sécurité même à
partir d’espaces réduits.
Restauration de fondations
Des bâtiments historiques
peuvent être menacés
par les tassements. Le
Soilcrete® permet de reconstituer des fondations
saines avec un maximum
de sécurité structurelle.
Modification de fondations
Le changement d’utilisa­
tion ou la transformation
de bâtiments nécessite
souvent un élargissement
ou un aménagement des
fondations. Le Soilcrete®
est une solution économique et flexible pour
cette tâche.
Fondations profondes
Soilcrete® horizontal
Des colonnes de Soil­
crete® protègent le pas­
sage des tunneliers dans
les formations lâches.
Elles sont réalisées à par­
tir des fronts d’attaque
et sont horizontales ou
légèrement inclinées.
Soutènement de puits
Les puits avec des
colonnes de Soilcrete®
sécantes sont réalisés
si une installation sans
vibration est nécessaire
et/ou si le puits pénètre
sous la nappe phréatique.
Réduction de la poussée des terres
Le Soilcrete® est utilisé
pour de nouvelles fonda­
tions qui nécessitent une
attention spéciale par rap­
port à des ouvrages adjacents sensibles comme
des bâtiments historiques
ou autres ouvrages sensibles aux vibrations.
10
La protection de tunnel
par le Soilcrete® est
principalement utilisée
dans les sols lâches à
proximité ou sous les
ouvrages fragiles, parfois
aussi dans le but de
réduire l’arrivée d’eau
dans l’excavation du
tunnel.
Les structures sujettes à
la poussée des terres,
comme les murs de sou­
tènement anciens, culées
de ponts, galeries d’avalanches, protections de
talus ou murs de quais,
peuvent être soulagées
par l’ajout d’une masse statique de Soilcrete® connectée à l’arrière de l’ouvrage.
Soilcrete® pour étanchéité
On peut réaliser le blindage de fouilles de taille importante à partir d’éléments Soilcrete® en sous-œuvre, reprenant les charges et créant une barrière étanche, tout en
étant peu déformables. En combinant les voiles périphériques avec un fond Soilcrete®
à faible perméabilité, on réalise des fouilles profondes avec des dispositifs réduits de
rabattement de nappe.
Les liants minéraux utilisés dans le Soilcrete® sont inoffensifs pour l’environnement.
Voiles d’étanchéité en lamelles
Bouchons en voûte inversée
Les voiles étanches en
lamelles de Soilcrete®
sont utilisés sous les routes et bâtiments, pour
passer des réseaux ou
subdiviser des soubasse­
ments de bâtiments en
plusieurs fosses.
En fonction du degré d’étanchéité requis, on utilise
des lamelles simples ou doubles.
Pour les fosses ou puits
de petites dimensions,
des fonds en Soilcrete®
en forme de voûte ou de
dôme inversé permettent
de répartir la poussée
d’Archimède sur la paroi
périphérique de puits
ou fouilles de petites dimensions. Cette disposition
permet d’importantes économies par rapport aux
dispositifs classiques.
Voile d’étanchéité de colonnes sécantes
Couverture étanche
La couverture Soilcrete®
protège la nappe phréati­
que sous les bâtiments
contre les effets de
l’activité de construction
ou la pollution pouvant
provenir d’anciens dépôts
toxiques.
Dans le cas d’efforts
tranchants importants,
d’un risque de perte de
fines ou de recherche
d’une imperméabilité
élevée, un voile étanche
de colonnes de Soilcrete®
sécantes peut être réalisé.
Étanchéité de barrages et digues
Le Soilcrete® peut être
utilisé pour réparer les
barrages ou élargir le
noyau étanche dans ou
sous le barrage.
Joints étanches
Pour étancher les
joints entre des pieux,
palplanches ou autres
types de soutènement,
on met en œuvre un
élément intermédiaire
de Soilcrete®.
Bouchons étanches
Circulation des eaux souterraines
Les bouchons étanches
de Soilcrete® sont réa­
lisés par des colonnes
de jet sécantes sur une
épaisseur suffisante pour
assurer la stabilité. Le
bouchon étanche peut
être connecté à tout type
de soutènement, de blindage ou d’étanchéité vertical.
On met souvent en
œuvre des voiles étanches comme dispositif
temporaire d’étanchéité
verticale. Après les
travaux, la réalimentation
de la nappe dans la partie
antérieurement isolée
peut être réalisée par déstructuration du liant du voile
au moyen de la technique Soilcrete®.
11
www.keller-france.com
www.keller-mts.ch
www.KellerHolding.com
Une société de Keller Group plc