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

3

Avec l’acquisition d’une licence pour le procédé de jet grouting en 1979 et son introduction en Europe sous le nom com-mercial de Soilcrete®, Keller a ouvert de nouvelles possibilités pour répondre à des problèmes de stabilisation des ouvrages.

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 technolo-gie de pointe d’aujourd’hui, de nombreux développements furent nécessaires.

Le procédé fut modifié pour s’adapter •aux différents types de sols.

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.

4

Le nom “Soilcrete” vient de la rencontre des notions de “soil” (sol) et “concrete” (béton en anglais). Du sol avec une consis-tance de béton, une description qui ca-ractérise ce type de stabilisation de sol.

Le procédé de jet grouting Soilcrete®

Le procédé de jet groutingLe 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 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

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.

ApplicationsContrairement 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.

Domaine d’application des différentes techniques d’injection

Granulométrie [mm]

Argile Limon

Pass

ant

[en

% d

u po

ids]

Sable Graviers Cailloux

0,002 600,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2,0 6,0 20

100

80

60

40

20

Mortiers

Coulis de ciment

Ciments ultrafins

Gels de silicate [hv]

Solutions de silicate de sodium [bv]

Injection de gels organiques

Soilcrete®

0bien adapté

bv = basse viscositéhv = haute viscosité

peu adapté

5

Les propriétés du Soilcrete®

En fonction du but à atteindre, le Soilcrete® est utilisé soit comme un moyen de stabi-lisation, 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.

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.

Mélanges de Soilcrete® destinés à l’étanchéité, testés en laboratoire

Station de pompage et de contrôle Soilcrete®

Les masses de Soilcrete® montrent un contact parfait avec toutes formes de fondations

0,002 0,06 2,0 7 14 21 28 35 4260

100

75

50

25

0

100

50

0

Passant [en % du poids]

Granulométrie [mm] Âge [jours]

Limon Sable

sol non cohésif

sol cohésif

Graviers

Résistance à la compression en % de la résistance finale

Résistance à la compression du Soilcrete® Développement de la résistance du Soilcrete®

Type de sol Limon Sable Graviers

Résistance à la compression [MPa]

≤ 5 ≤ 10 < 25

Soilcrete®

Fondation

6

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®.

Soilcrete® – Les différents procédés

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.

Le tubage triple achemine séparément les flux d’air, d’eau et de coulis jusqu’à l’outil porte-buses

Tricône et moniteur Soilcrete®

Coulis Air Reflux

Jet de coulis enrobé d’air

EauAir Reflux

Jet d’eau enrobé d’air

Coulis

Jet de coulis

Coulis Reflux

Jet de coulis

CAO pour l’optimisation de formes complexes de Soilcrete® avec le logiciel Soiljet®

7

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.

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.

Soilcrete® – Les formes géométriques

Dégarnissage d’une zone de test avec plusieurs colonnes Soilcrete® sécantes pour un bouchon étanche

Voile de lamelles avec un bouchon étanche Éléments de reprise en sous-œuvre

Bouchon étanche

Voiles étanches simples

Voiles étanches doubles (ou triples) recoupés

Murs de colonnes sécantes

Fondations profondes

Dégarnissage d’éléments de Soilcrete® destinés à la reprise en sous-œuvre dans des sols sableux

Soilcrete® – Les formes de baseLes formes de base de Soilcrete® peuvent être disposées et combinées entre elles pour créer tout type de forme.

Éléments de Soilcrete® interconnectés

Exemples de combinaisons réalisables à partir des formes élémentaires

Colonne

Simple

Double

Lamelle

A = Quart de colonneB = Demi-colonneC = Colonne entière

8

Soilcrete® – Séquences de mise en œuvre

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.

Les petites foreuses fabriquées par Keller permettent d’accéder à des zones de travail confinées

1 Forage

Des tiges équipées avec un porte-buses 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.

2 Jet

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.

3 Injection

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.

Coulis de ciment

Pompe

Réservoir

EauAir

Recyclage des spoils

9

La qualité de mise en œuvre est assurée par des vérifications optiques et manuelles ainsi que des contrôles.4 Remontée

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.

Appareil de mesure M5

Les paramètres de travail sont enregistrés électroniquement

Échantillons prélevés dans des éléments de Soilcrete®

Temps

[s]

Programme : Soilcrete® procédé D (1.0.0)Machine n° : 130481 Chantier : 6814225Lot : 0 Point n° : 19 N° : 3Date : 12.06.10 Heure : 16:287:30 Intervalle : 2 sDensité :Légende :

Débit coulis

[l/min]

Pression d'injection

[bars]

Poussée

[bars]

Profondeur

[m]

Rotation

[T/min]

Avancement

[m/min]

Durée totale : 149,63 min Prof. max. : 6,3 m Longueur colonne : 6,1 m

0 50 100

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

00 250 5000 250 5000 100 20020 0 200 5 10

Moyens de contrôleJusqu’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.

Ciment/ Bentonite

Unité de malaxage

10

Les applications du Soilcrete®

Soilcrete® pour stabiliserLes 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.

La reprise en sous-œuvre par création d’un mur-poids à faible déformation, parfois également utilisé comme une barrière étanche, peut être réalisée en toute sécurité même à partir d’espaces réduits.

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.

Reprise en sous-œuvre Protection de tunnels

Restauration de fondations Soilcrete® horizontal

Modification de fondations Soutènement de puits

Fondations profondes Réduction de la poussée des terres

Des bâtiments historiques peuvent être menacés par les tassements. Le Soilcrete® permet de re-constituer des fondations saines avec un maximum de sécurité structurelle.

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.

Le changement d’utilisa-tion ou la transformation de bâtiments nécessite souvent un élargissement ou un aménagement des fondations. Le Soilcrete® est une solution écono-mique et flexible pour cette tâche.

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.

Le Soilcrete® est utilisé pour de nouvelles fonda-tions qui nécessitent une attention spéciale par rap-port à des ouvrages ad-jacents sensibles comme des bâtiments historiques ou autres ouvrages sensi-bles aux vibrations.

Les structures sujettes à la poussée des terres, comme les murs de sou-tènement anciens, culées de ponts, galeries d’ava-lanches, protections de talus ou murs de quais, peuvent être soulagées

par l’ajout d’une masse statique de Soilcrete® connec-tée à l’arrière de l’ouvrage.

11

Soilcrete® pour étanchéitéOn peut réaliser le blindage de fouilles de taille importante à partir d’éléments Soil-crete® 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.

Les voiles étanches en lamelles de Soilcrete® sont utilisés sous les rou-tes 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.

Voiles d’étanchéité en lamelles Bouchons en voûte inversée

Voile d’étanchéité de colonnes sécantes Couverture étanche

Étanchéité de barrages et digues Joints étanches

Bouchons étanches Circulation des eaux souterraines

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.

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.

Le Soilcrete® peut être utilisé pour réparer les barrages ou élargir le noyau étanche dans ou sous le barrage.

Pour étancher les joints entre des pieux, palplanches ou autres types de soutènement, on met en œuvre un élément intermédiaire de Soilcrete®.

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 étan-ches 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®.

Une société de Keller Group plc

www.keller-france.comwww.keller-mts.chwww.KellerHolding.com