Figuur 1 Grondverbetering d.m.v. stijve insluitsels t.b.v. de construtie van een Waterzuiveringsstation te Wingles (F)

Transcriptie

1 Verslag werfbezoek - Installatie van CMC kolommen door Ménard Soltraitement te Wingles (Noord-Frankrijk) Jan Maertens (Jan Maertens bvba & KUL) & Noël Huybrechts (WTCB) 1. Inleiding en achtergrond Op uitnodiging van de firma Ménard Soltraitement brachten Jan Maertens en Noël Huybrechts op 22 maart 2007 een werfbezoek te Wingles (in de buurt van Lille). Het betrof een werf waar ophogingen bestaande uit schist afkomstig van de mijnbouw uit het verleden verbeterd diende te worden ten behoeve van de bouw van een waterzuiveringsstation. De grondverbetering werd bewerkstelligd door middel van het aanbrengen van een raster van stijve insluitsels (rigid inclusions), in casu uitgevoerd met de CMC techniek (Colonne à Module Controlé). De zones waar deze grondverbeteringstechniek op de werf te Wingles werd toegepast zijn aangegeven in figuur 1. Het is niet de bedoeling van dergelijke stijve insluitsels om paalfunderingen te vormen die de volledige bovenstructuur dienen te dragen. Wel beoogt men een algemene verbetering van het globale vervormingsgedrag van het grondmassief. Op het met stijve insluitsels verbeterde grondmassief wordt in principe een geotextiel en een laag (verdicht) grind of steenslag van minimum 40 cm aangebracht waarop men dan de uiteindelijke constructie kan aanbrengen Figuur 1 Grondverbetering d.m.v. stijve insluitsels t.b.v. de construtie van een Waterzuiveringsstation te Wingles (F) Ménard Soltraitement heeft de CMC techniek ontwikkeld als alternatief voor grindkolommen. Eén van de redenen daarvoor was dat de firma vooral in zeer slappe gronden regelmatig problemen ervoer met de uitvoering van grindkolommen, meer bepaald t.g.v. de laterale uitstulpingen tijdens het verdichten van het grind in zeer slap

2 materiaal. Dit probleem kent men niet met de CMC techniek. Bovendien is het installatierendement van de CMC techniek tot een factor 2 hoger dan dat van grindkolommen, wat de meerkost van het gebruikte materiaal (mortelspecie i.p.v. grind) ruimschoots compenseert. In het algemeen kan men stellen dat de CMC technologie een economisch alternatief is voor grindkolommen in het geval men de inclusies uitvoert tot op een vrij draagkrachtige laag, en het effect van de kolom grotendeels afkomstig is van de reactie aan de punt. In dat geval volstaat het de CMC kolom uit te voeren met een diameter die aanzienlijk kleiner is dan de diameter van een grindkolom die in gelijke omstandigheden uitgevoerd zou worden. Indien men echter een overdracht van krachtswerking via kleef beoogt, dient men de diameter van de CMC kolom echter aanzienlijk te vergroten (gelijk of groter dan de diameter van een grindkolom in gelijkaardige omstandigheden) waardoor het economische voordeel grotendeels verloren gaat. 2. Karakteristieken van het terrein te Wingles Ter plaatse van het te bouwen waterzuiveringsstation bestaat de ondergrond uit opgehoogd materiaal. Het betreft in dit geval schist afkomstig van vroegere mijnbouwactiviteiten in de streek. De laagdikte van de ophogingen is ter plaatse van de site sterk variabel (6 à 10 m). Onder de ophogingen bevindt zich een zandhoudende kleilaag (normaal geconsolideerd). Een type pressiometerboring met proefresultaten is gegeven in figuur 2. Figuur 2 Type pressiometerboring site te Wingles (F)

3 3. Techniek van de CMC kolommen Het uitvoeringsprincipe van een CMC kolom (=colonne à module controlé) wordt geïllustreerd in figuur 3. Het proces bestaat uit het inschroeven van een verdringingsboor (zie figuur 4) tot op de gewenste diepte. Vervolgens wordt er een mortelspecie geïnjecteerd (lage druk) terwijl de verdringingsboor teruggetrokken wordt. Het hierbij gevormde element noemt men een stijf insluitsel (rigid inclusion). Een globaal beeld van de installatietechniek en de gebruikte apparatuur wordt geïllustreerd in figuur 5. Voor wat betreft de werf te Wingles werden CMC kolommen met diameter 0.32 m uitgevoerd doorheen de schistlaag tot in de onderliggende zandhoudende kleilaag en dit volgens een raster van 3.0 x 3.0 m.. De karakteristieken van de boortafel waren hierbij de volgende: Koppel : 120 knm Pull down : 100 kn Rotatiesnelheid : 12 omwentelingen/minuut Vermogen : 450 PK De machine is bovendien zo geconcipieerd dat er bij verplaatsing op de openbare weg geen exceptioneel transport georganiseerd dient te worden. Figuur 3 Uitvoeringsprocédé CMC kolom

4 Figuur 4 detail van de machine en de verdringingsboor Figuur 5 Installatie van stijve insluitsels type CMC

5 4. Mechanische karakteristieken CMC Voor wat de materiaalsterkte van de stijve insluitsels betreft, dient men rekening te houden met de doelstelling die men voor ogen heeft met deze techniek, nl. een algemene grondverbetering waarbij insluitsels en grond samenwerken. Dit impliceert dat de stijfheid van de insluitsels niet te hoog mag zijn. In het algemeen beoogt men drukweerstanden van het materiaal van 5 à 12 MPa, wat overeenkomt met een elasticiteitsmodulus van 4000 à 6000 MPa (bvb. te Wingles werd een mortelsamenstelling toegepast met een drukweerstand van 8 MPa en een elasticiteitsmodulus van 5000 MPa). De benodigde stijfheid van de insluitsels, en dus de samenstelling van de mortel, wordt zo gekozen dat men tot een optimale oplossing komt, rekening houdende met de karakteristieken van het te verbeteren grondmassief en de rasterafstand tussen de stijve insluitsels. Ménard Soltraitement heeft terzake heel wat onderzoek verricht om mortelsamenstellingen op punt te stellen die aan deze vereisten voldoen. De volgende componenten en doseringen (per m³ mortel) worden in het algemeen toegepast: Cement : 100 à 220 kg per m³ mortel Filler of vliegassen 200 à 250 kg] Zand 0-6mm ±1200 kg Water : 200 à 220 l Hulpstoffen : plastificeerders luchtbelvormers - bindingsvertragers - speciale additieven voor de controle van de modulus 5. Kwaliteitscontrole De firma heeft een monitoringsyteem op punt gesteld waarbij de uitvoeringsparameters geregistreerd worden (zie figuur 6). Dit monitoringsysteem is een belangrijk tool voor de operator. - Voor de site te Wingles, waar de laagdikte van het te verbeteren grondmassief (schist) vrij sterk varieert, en waarbij er een duidelijke grondmechanische scheiding aanwezig is tussen het te verbeteren materiaal (schist) en het onderliggende meer draagkrachtige pakket (zandhoudende klei), werden de metingen van penetratiesnelheid en koppel aangewend voor het stoppen van het inschroefproces. - De operator gebruikt de drukmeting (gemeten bovenaan de boortafel) om te beslissen wanneer hij de boor terug begint te trekken. - Aan de hand van de meting van de diepte wordt het geïnjecteerde volume bepaald. Verspilling van materiaal is quasi verwaarloosbaar. Daarnaast worden de geregistreerde gegevens aangewend als kwaliteitscontrolesysteem van de uitvoering (per gerealiseerde kolom wordt een fiche met de relevante informatie opgemaakt). Een voorbeeld van een dergelijke fiche (voor een andere werf) is gegeven in figuur 7.

6 Naast het registreren van de uitvoeringsparameters worden bovendien nog de volgende proeven uitgevoerd: minstens 3 drukproeven (na 28d) op CMC-materiaal ontnomen op de werf, en dit voor ieder werf en per 500 m³ geleverde mortel 1 CMC kolom per 100 (in geval van zolen) of 1 per 200 (in geval van algemene funderingsplaat) wordt getest tot ongeveer 90% van de dienstlast. Hierbij worden kracht en verplaatsing van de CMC kolom opgemeten. Figuur 6 Monitoringsysteem CMC-installatie Figuur 7 voorbeeld van de geregistreerde gegevens van de CMC installatiemonitoring