Keller Publications > Deep Vibro Techniques - Keller-MTS

Les procédés de
vibration profonde
des sols
Brochure 10 - 02 F
Depuis le premier vibreur
Keller, breveté en 1934,
Keller a sans cesse conçu
de nouveaux outils, pour
arriver aujourd’hui à une
gamme très vaste de procédés de fondations et
améliorations de sol.
Sommaire
3
Les procédés de
vibration profonde
4
Le vibrocompactage
6
Les colonnes ballastées
8
Procédés de fondation
du type pieux
10
Variantes des procédés
de vibration profonde
11
Contrôles
12
Adresses
Les procédés de vibration profonde
Ils se regroupent en trois familles, dont le
point commun est l’exécution des travaux
avec un vibreur, dont Keller conçoit et
construit une large gamme. En fonction des
conditions particulières de chaque chantier,
il existe toujours un vibreur Keller spécifiquement adapté à chaque usage :
Le vibrocompactage (ou vibroflottation)
qui permet de compacter dans la masse,
même à des profondeurs de plus de 30 m,
les sols grenus sans cohésion (sables, graviers, cailloux, certains remblais, etc.).
Les colonnes ballastées, pour améliorer
les sols très faibles à médiocres (sables
limoneux, limons, limons argileux, argiles,
remblais hétérogènes, etc.).
Le matériel courant (vibreurs guidés montés
sur porteurs Keller) permet de réaliser des
colonnes ballastées, pieux ou inclusions
jusqu’à 20 m de profondeur.
Le principe du
vibreur radial
Les avantages des procédés Keller
Qualité, économie, sécurité, rapidité
d’exécution sont les caractéristiques
communes des techniques Keller.
Par ailleurs, les nuisances vis-à-vis de
l’environnement sont très limitées
(bruits, vibrations) et permettent la mise
en œuvre de ces procédés au voisinage
immédiat d’ouvrages existants.
Les pieux et leurs dérivés, qui peuvent être
réalisés avec divers matériaux, à usage de
fondations profondes, semi-profondes (puits)
ou inclusions rigides.
Domaines d’application des techniques d’amélioration de sol
Argile
Sable
Domaine de
transition
Graviers
Cailloux
100
100
80
80
60
Pourcentage de passant
Limon
60
Colonnes ballastées
Vibrocompactage
40
40
20
20
0
0,002
0,006
0,02
0,06
0,2
0,6
2,0
6,0
20
60
Granulométrie [mm]
0
3
Le vibrocompactage dans les sables
et autres sols grenus
Equipements et mise en œuvre
Joint
antivibratoire
Eau
ou
air
de lançage
Moteur
électrique
Excentrique
Pointe
Compactage général
en maillage régulier
On réalise le compactage en masse des sols
grenus à l’aide de vibreurs spécifiques à basses fréquences. Les outils sont suspendus à
des grues, mais peuvent aussi, pour de faibles
profondeurs, être montés sur porteurs. La pénétration de l’outil, ainsi que dans certains cas
le compactage, sont facilités par un fluide de
lançage, généralement de l’eau sous pression.
Le compactage se fait par passes en remontant l’outil, selon des critères déterminés par
des essais préalables. La résistance du sol
après traitement dépend de la granulométrie
du terrain et de l’adéquation du type de
vibreur.
Aspects géotechniques
Les vibrations émises par l’outil permettent
un réarrangement optimal des grains de sable,
ou autres matériaux en place, de manière à ce
qu’ils occupent le plus petit volume possible.
Ce procédé agit donc par augmentation de la
densité en place, ou réduction de la porosité.
Il consiste non à créer des éléments porteurs,
mais à augmenter la capacité
portante du terrain, qui pourra alors être
sollicité par des fondations superficielles.
Etat de compacité du sol
avant
après
h
Conception du traitement
Compactage localisé
sous semelles
4
En fonction de la nature et de l’importance
des charges à reprendre, on peut procéder à
un vibrocompactage général par un maillage
régulier, ou à un traitement localisé sous des
semelles ou massifs. Le maillage optimal en
fonction des performances à atteindre est
déterminé lors de plots d’essais préalables.
La capacité portante d’un terrain compacté
par cette technique peut atteindre 1MPa aux
ELS. Les contrôles après traitement sont
réalisés par des essais pressiométriques ou
pénétrométriques.
1 Fonçage
Mode opératoire
Tube de
rallonge
L’outil, dont la puissance et les
caractéristiques sont variables
en fonction du terrain, est foncé
jusqu’à la profondeur finale à
atteindre. Sa descente s’opère
grâce à l’effet conjugué de son
poids, de la vibration et de l’eau
de lançage. Le débit d’eau est
alors diminué.
Cette technique permet de compacter à l’optimum et d’homogénéiser
les caractéristiques de tous les sols grenus, qu’ils soient remblayés ou en
place, secs ou sous la nappe phréatique.
Profondeur
A
B
0
B
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
...
-9
3 Apport de matériaux
4 Finition
Le vibrocompactage est alors
réalisé par passes successives
de bas en haut. Le volume
compacté est un cylindre d’un
diamètre pouvant atteindre
5 m. L’augmentation progressive de l’intensité consommée
par le vibreur permet de
mesurer la croissance de la
compacité du sol.
Autour du vibreur apparaît un
cône d’affaissement, que l’on
comble au fur et à mesure
soit par des matériaux d’apport (A), soit en décapant progressivement les matériaux du
site (B).
En fonction de l’état initial, on
peut atteindre une quantité de
10 % de matériaux ajoutés
par rapport au volume traité.
Après traitement, la
plate-forme est réglée
et recompactée à l’aide
d’un rouleau vibrant.
Dès 1939, des profondeurs de traitement de
35 m ont été atteintes.
Entre-temps, Keller a
réalisé du vibrocompactage à des profondeurs de plus de 50 m.
...
2 Compactage
-31
-32
-33
-34
Le cône d’affaissement autour du vibreur
-35
Il est également possible de foncer des
éléments tels que profilés, ancrages ou
ducs d’Albe dans les sols sableux au
moyen de ce type de vibreurs.
Un autre domaine d’application du
vibrocompactage est la réduction de
perméabilité des sols grenus, dans le
but de diminuer les débits d’exhaure
lors de rabattements de nappe.
-48
...
Applications spéciales
-49
-50
5
Dans les sols cohésifs –
les colonnes ballastées
Equipements et mise en œuvre
Joint
antivibratoire
Moteur
électrique
Tube
d’amenée
du matériau
Excentrique
Orifice
de sortie
Aspects géotechniques
Contrairement au vibrocompactage, on ne
considère pas au départ d’amélioration de
compacité entre colonnes, même si celle-ci
existe dans certains cas. L’amélioration repose
sur la réalisation d’inclusions souples de
module élevé, sans cohésion, à fort pouvoir
drainant, qui par concentration et report de
charges augmentent la capacité portante du
sol en diminuant et maîtrisant les tassements.
Mode opératoire
Tube de
rallonge du
vibreur et
d’amenée du
matériau
(trémie)
Abaque de dimensionnement des
colonnes ballastées
Facteur d’amélioration
Sas
En règle générale, les colonnes ballastées sont
réalisées avec un vibreur à sas qui comporte,
à son extrémité supérieure, un sas et une trémie pour les matériaux d’apport. Un tube permet d’amener ceux-ci jusqu’à la pointe, à
l’aide d’air comprimé. Pour cet équipement
spécial, Keller a conçu des châssis porteurs
qui peuvent activer le fonçage par poussée
statique sur l’outil. Les colonnes ballastées
sont réalisées par passes successives. Après
le fonçage, on remonte le vibreur et les matériaux s’écoulent à sa pointe. Le vibreur est
alors redescendu dans les agrégats, qui sont
compactés et expansés latéralement dans le
sol. Les colonnes ainsi réalisées concentrent
l’essentiel des charges à reprendre.
ϕS = 45.0°
7
ϕS = 42.5°
6
µB = 1/3
1 Préparation
2 Remplissage
La machine est mise
en station au-dessus
du point de fonçage,
et stabilisée sur ses
vérins. Un chargeur
à godet assure
l’approvisionnement
en agrégats.
Le contenu de la benne
est vidé dans le sas.
Après sa fermeture,
l’air comprimé permet
de maintenir un flux
continu de matériau
jusqu’à l’orifice de
sortie.
ϕS = 40.0°
5
ϕS = 37.5°
4
ϕS = 35.0°
3
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Conception du traitement
Abaques de tassements pour semelles isolées
Alors que le compactage du sol se mesure
relativement facilement par des sondages, les
effets des colonnes ballastées ne peuvent
être contrôlés que par des essais de chargement in situ. Keller a développé pour cela
des méthodes de dimensionnement fiables,
qui prennent en compte la géométrie des
colonnes ballastées et l’angle de frottement
du matériau d’apport.
Rapport de tassement t/t ∞ *
Rapport des sections A C / A S
0,8
1600
900
400
0,6
225
100
64
36
16
9
4
0,4
0,2
1
0
4
8
12
16
24
28
Profondeur relative p/d
* t ∞ = Tassement d’une charge infinie
6
20
Nombre de colonnes
1
Les sols cohésifs ont souvent une portance insuffisante. Lorsqu’ils comportent plus de 10 à 15 % de limons et argiles, ils peuvent être améliorés par un
réseau de colonnes ballastées.
Ce procédé est également utilisable dans les remblais non évolutifs, tels que
déblais de constructions, scories ou remblais hétérogènes.
Profondeur
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
...
-9
4 Compactage
5 Finition
Le vibreur descend, en
refoulant latéralement
le sol, jusqu’à la profondeur prévue, grâce
à l’insufflation d’air
comprimé et à la
poussée sur l’outil.
Lorsque la profondeur finale est atteinte, le vibreur
est légèrement remonté et
le matériau d’apport se
met en place dans l’espace
ainsi formé. Puis le vibreur
est redescendu pour
expanser le matériau
latéralement dans le sol
et le compacter.
La colonne est exécutée
ainsi, par passes successives, jusqu’au niveau prévu.
Les semelles de fondations
sont alors réalisées de
manière traditionnelle.
Le procédé des colonnes ballastées a été
développé à la fin des
années cinquante. Des
profondeurs jusqu’à
20 m environ peuvent
être atteintes avec un
porteur sur chenilles
équipé d’un sas.
...
3 Fonçage
-14
-15
Avantages du vibreur à sas :
-16
• Le matériau d’apport arrive directement à l’orifice de sortie, ce qui
assure la continuité de la colonne.
-17
• Le compactage se fait en une seule
passe.
-19
-18
-20
• Il n’y a pas de risque d’éboulement
du forage dans les sols instables.
Fond de fouille après réalisation des colonnes ballastées
• Les vibreurs guidés montés sur
porteurs garantissent la parfaite
verticalité des colonnes.
7
Procédés de fondation du type pieux
Colonnes ballastées injectées et
colonnes en béton prêt à l’emploi
Equipements et mise en oeuvre
Réalisation de colonnes
ballastées injectées avec
ajout d’un coulis de
ciment au matériau
d’apport
Ces éléments de fondation sont réalisés selon le même mode opératoire que les colonnes ballastées. Dans le cas des colonnes
ballastées injectées, on ajoute au matériau
d’apport un liant sous forme d’un coulis de
ciment afin qu’après prise, on obtienne une
colonne rigide. Pour les colonnes en béton
prêt à l’emploi, le matériau d’apport mis en
œuvre est du béton spécial de qualité B15 à
B 20. Celui-ci est mis en œuvre de la même
façon que le matériau d’apport utilisé pour
les colonnes ballastées. Les effets du compactage sur le sol environnant, par vibration
et refoulement, ne sont pas diminués.
Aspects géotechniques
Le fonctionnement de ces éléments de fondation correspond, à quelques détails près, à
celui de pieux.
Conception du traitement
Keller dispose d’un cahier des charges
pour les procédés des colonnes ballastées
injectées et des colonnes en béton prêt à
l’emploi.
Lors de la conception des fondations, on
calcule pour ces éléments de fondation une
force portante. Les charges habituelles sont
de 400 à 600 kN. Les colonnes ballastées
injectées et surtout les colonnes en béton
prêt à l’emploi peuvent très bien être
Coulis de
ciment
Couche compressible
Couche d’assise
8
combinées avec des colonnes ballastées
normales, en ne compactant pas la partie
supérieure ou inférieure de la colonne,
formant ainsi des zones tampon. De telles
colonnes sont appelées colonnes semiinjectées.
Réalisation du pied
Fonçage
Porteur
Dégarnissage d’une colonne ballastée injectée
Poussée statique
Vibreur avec tuyau
d’amenée de coulis
additionnel
Sortie du matériau
Pied de la colonne
Matériau
d’apport
Réalisation de la colonne
ballastée injectée
Ces éléments sont mis en œuvre en tant qu’amélioration de sol par inclusions rigides, ou encore en présence de matières organiques évolutives ou,
en tant que pieux, pour reprendre des charges plus importantes.
Pieux vibroforés vibrobétonnés (Eliterre)
Equipements et mise en œuvre
Les pieux vibrobétonnés sont réalisés sur
toute leur longueur en béton prêt à l’emploi,
pompé à travers le vibreur par une pompe à
béton. La capacité de charge du pied de la
colonne est augmentée en expansant celui-ci
par plusieurs allers et retours successifs du
vibreur dans le béton. Grâce à la contrainte
admissible élevée du béton, le fût est alors
bétonné en continu, en remontant.
Aspects géotechniques
Avec les colonnes vibroforées vibrobétonnées, on ne vise pas un compactage du sol
environnant. Mais tout comme pour les
autres éléments de fondation du type pieux,
on peut atteindre un degré d’amélioration
important au niveau du pied de la colonne,
donc une force portante particulièrement
importante pour de très faibles tassements.
Réalisation de
pieux vibroforés
vibrobétonnés
Conception du traitement
Le procédé des pieux vibroforés vibrobétonnés bénéficie en France d’un cahier
des charges particulier et d’une garantie
décennale.
Le diamètre du fût des pieux vibroforés
vibrobétonnés est de 40 à 60 cm. La force
portante est calculée selon le cahier des
charges. Ces pieux peuvent être armés par
vibrofonçage d’une cage d’armatures dans
le béton frais.
Dégarnissage d’un pieu vibroforé vibrobétonné
Section d’un pieu
vibroforé vibrobétonné
Fonçage et
réalisation du pied
Mise en station
Bétonnage du fût
Poussée statique
Pompe à béton
Porteur
Vibreur avec
conduit de
béton
Béton prêt
à l’emploi
Couche compressible
Sortie du béton
Couche d’assise
Pied de la colonne
9
Variantes des procédés de
vibration profonde
Vibreurs en batterie et vibrocompaction en milieu aquatique
La réalisation de travaux de grande envergure, en particulier sous l’eau, est facilitée
par l’utilisation de vibreurs jumelés.
sable remblayé
après dragage
argile, limon
grès
Pour la réalisation de colonnes ballastées
destinées, par exemple, à la fondation de
murs de quais ou de piles de ponts, un
matelas de matériaux
d’apport est disposé
sur le fond avant le
fonçage des
vibreurs.
Gravier/ballast
Sédiments
Sable
Colonnes ballastées réalisées avec un
vibreur sans sas
Dans certains cas particuliers, les colonnes
ballastées peuvent être réalisées par des
vibreurs pendulaires sous une grue, par
voie sèche ou avec eau de lançage.
Le lançage contribue à un fonçage plus
rapide, à la stabilité du trou et, parfois,
à l’obtention de diamètres plus élevés.
Des moyens de contrôle
efficaces et fiables
Des enregistreurs de paramètres électroniques peuvent être utilisés pour tous les procédés de vibration profonde, pour contrôler
l’obtention des critères d’exécution et
établir les documents de récolement.
Clavier et unité
centrale de l’appareil de mesure M4
L’appareil de mesure
Les données importantes de chaque étape
de compactage peuvent être mesurées,
enregistrées et imprimées sous forme de
fiches individuelles et récapitulatives.
L’appareillage de mesure se compose
• d’un appareil de commande dans la
cabine du porteur,
• d’une unité centrale avec enregistrement
des données,
• et d’un ordinateur avec imprimante.
Programme :
Machine n° : 9130517
Lot n° :
0
Date :
15.09.96
Densité :
1.5
Légende :
0
400
0
0
50
100
150
[A]
200
Intensité
[bars]
-40
-20
0
20
40
Poussée
[m/mn]
10
Avancement
[m ]
15
Profondeur
0
[s]
5
Temps
Vibration profonde (3.0.0)
Chantier n° : 1234173
Point n° :
241 N° :
15
Heure :
05:10:47 Intervalle : 4 s
1
Les essais de chargement sont un bon
moyen de contrôle de
l’amélioration du sol
500
1000
1500
2000
2
Evènement
Numéro
Désignation
01 09
02 10
Début
Fin
Durée totale :
Heure
Prof.
h:mn:s
[m]
05:10:47
05:45:08
0.1
0.1
34.33 mn
Energie Volume
Coulis
[kVAh]
[m3]
0.00
21.03
Prof. max. :
0.00
0.00
Poids
net
[T]
Cumul
2.98
2.79
2.98
5.77
10.00 m
[T]
Déviation Déviation
D/G
AV/AR
[degrés] [degrés]
Poids réel :
-0.2
-0.4
+0.3
+0.2
0.58 T/m
Les paramètres mesurés
Différentes données concernant le chantier
sont enregistrées automatiquement lors de
la réalisation des fondations. Les données
telles que l’heure, la profondeur, l’avancement, la poussée verticale sur l’outil et
l’intensité de courant du vibreur, peuvent
de plus être présentées sous la forme
d’un graphique. Il est également possible
d’enregistrer la consommation en énergie.
11
Keller Fondations Spéciales SAS
Siège Social
2 rue Denis Papin
67120 Duttlenheim
Tél. 03 88 59 92 00 · Fax 03 88 59 95 90
e-mail : [email protected]
Internet : w w w.keller-fra nce .com
Agence Strasbourg
2 rue Denis Papin
67120 Duttlenheim
Tél. 03 90 29 77 77 · Fax 03 88 59 95 85
e-mail : [email protected]
Agence Metz
Voie Romaine
57280 Semécourt
Tél. 03 87 51 30 31 · Fax 03 87 30 12 19
e-mail : [email protected]
Agence Rennes
Le Pré Vert - BP 12
35310 Mordelles
Tél. 02 99 60 75 75 · Fax 02 99 60 75 90
e-mail : [email protected]
Agence Lille
6ème Rue - Port Fluvial
59211 Santes
Tél. 03 20 17 72 33 · Fax 03 20 17 72 30
e-mail : [email protected]
Agence Paris
12 rue Le Corbusier · BP 40220
94518 Rungis Cedex
Tél. 01 41 73 33 33 · Fax 01 41 73 30 00
e-mail : [email protected]
Agence Marseille
Le Magellan
470 rue Augustin Fresnel - CS 70570
13594 Aix-en-Provence Cedex 3
Tél. 04 42 24 40 41 · Fax 04 42 24 25 29
e-mail : [email protected]
Agence Bordeaux
Immeuble Centreda - 18 rue Thalès
33700 Mérignac
Tél. 05 56 12 47 90 · Fax 05 56 12 47 99
e-mail : [email protected]
Agence Lyon
Parc d’Activités du Chêne - Activillage
9 allée des Tulipiers
69500 Bron
Tél. 04 72 37 94 20 · Fax 04 72 37 40 26
e-mail : [email protected]
Agence Antilles
Immeuble BIGA · N° 4 - RDC
Moudong Centre
97122 Baie Mahault - Guadeloupe
Tél. 05 90 38 14 10 · Fax 05 90 38 91 61
e-mail : [email protected]
Algérie
Keller Fondations Spéciales SPA
Lieu-dit Haouch Sbâat n° 7 - Îlot 74
Zone Industrielle - BP 231
16012 Rouiba - w. Alger
Tél. +213 21 85 59 13 · Fax +213 21 81 45 77
e-mail : [email protected]
Maroc
7 Résidence Rami Rue Sebta - Bureau 8
20100 Casablanca
e-mail : [email protected]
Tunisie
6 rue de l’Irak
70000 Bizerte
e-mail : [email protected]
Suisse
Keller -MTS SA
Avenue de la Gare 58 · Case postale 663
1920 Martigny
Tél. +41 27 722 65 85 · Fax +41 27 722 37 90
e-mail : [email protected]
Internet : www.keller-mts.ch
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