Diepteverdichting - Smet-Keller

Brochure 10-02 NLDiepteverdichting(“Tiefenrüttelverfahren”)

Diepteverdichting door middelvan het “Tiefenrüttelverfahren”van Keller is eenveelzijdige grondverbeteringstechnieken dient vooral alsfundering voor bouwwerkenwaarvan de oorspronkelijkgrondslag niet voldoendedraagkrachtig is.Keller ontwikkelde een trilnaald(een patent uit 1934)die in eerste instantie alleenvoor verdichting van nietcohesievegrondsoorten alszand en grind werd ingezet.Vandaag de dag verbetertKeller met een verscheidenheidaan trilnaalden een evengrote verscheidenheid aangrondsoorten.Inhoud3 Rüttelen in vogelvlucht4 Rütteldrukverdichting(eigenverdichting)6 Rüttelstopverdichting(grindkolommen)8 Paalvormige funderingselementen10 Varianten vanhet rüttelen11 Controle12 Adressen

Rüttelverdichting, systeem Kellerin vogelvluchtDe ondergrondIn het geval dat de ondergrond niet voldoetaan de gestelde eisen, kan rüttelverdichting,worden toegepast ter verbetering van de ondergrond.De grondverbetering kan tot elkewillekeurige diepte worden uitgevoerd.De trilnaaldDe cilindrisch gevormde trilnaald is ongeveer3 tot 5 meter lang en weegt ca. 2,0 tot 3,5ton, afhankelijk van het type. Als belangrijksteelement bevindt zich in de trilnaald een elektrischaangedreven onbalans, die de trilnaaldin horizontale slingering brengt. Met de benodigdeopzetstukken wordt de trilnaald totde gewenste lengte opgebouwd en het geheelwordt gevoerd door een draadkraan ofspeciaal ontwikkelde stellingen (met makelaar).Het procesBij de diepteverdichting wordt onderscheidgemaakt tussen drie verschillende processendie zich ten aanzien van de werkingswijze ende lastafdracht van elkaar onderscheiden.Het funderingsconcept wordt derhalve doorKeller vaak in nauwe samenwerking met degeotechnisch adviseur en de constructeurontwikkeld.Bij rütteldrukverdichting wordt nietcohesievegrond verdicht.Bij rüttelstopverdichting worden in cohesievegrondsoorten of bij een wisselend op-gebouwde bodem, lastafdragende kolommenvan grind, zand of steenslag gemaakt.Bij het derde systeem worden paalvormigefunderingselementen gemaakt, waarmee aanzienlijkebelastingen afgedragen kunnen worden.Deze worden toegepast indien het materiaalin de kolommen een permanenteonderlinge binding dient te hebben.De uitvoeringTijdens de uitvoering wordt de slingerendetrilnaald tot de gewenste diepte ingebrachten vervolgens afhankelijk van het typerüttelverdichting:• van onder naar boven verdicht• een kolom opgebouwd of• een paalvormig funderingselementopgebouwd.De voordelenDe rüttelverdichting, systeem Keller is zeerflexibel en de uitvoeringstijden zijn verhoudingsgewijskort. De navolgende bouwactiviteitenkunnen zowel in ruimte als in tijd vlakachter de grondverbetering worden uitgevoerd.Verder kan op dezelfde wijze wordengebouwd als bij een normale fundering opstaal. Daardoor zijn de rüttelverdichtingenbijzonder economisch.Een ander voordeel ligt in de milieuvriendelijkheid;er worden natuurlijke materialentoegepast en er is nagenoeg geen sprake vanuitkomende grond.Het principe vanhet rüttelprocesToepassingsgrenzen van de rüttelverdichting, systeem Keller10080100overgangs-klei silt zand grind stenengebied806060Zeefgrootte [gewicht in %]40200rüttelstopverdichtingrütteldrukverdichting0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2,0 6,0 20 6040200Korrelgrootte [mm]3

Rütteldrukverdichtingin niet-cohesieve ondergrondopzetstukelastischekoppelingelectromotorwaterofluchttoevoeronbalanspuntMaterieel en uitvoeringDe verdichting van niet-cohesieve ondergrondenheeft het meeste succes doortoepassing van een trilnaald met een lagefrequentie. De trilnaald wordt normaal gesprokengevoerd aan een draadkraan.Het inbrengen maar soms ook het verdichtenkan door meer of minder krachtigewaterspoeling door geïntegreerde leidingenvergemakkelijkt c.q. verbeterd worden.De verdichting van onder naar boven volgtuit de van te voren vastgestelde hefafstanden rütteltijd per stap. Het resultaat van deverdichting is afhankelijk van de effectiviteitvan de trilnaald maar met name van de bodem.Grondmechanische aspectenOnder invloed van de slingeringen van detrilnaald worden de korrels in het invloedsgebied,dat afhankelijk is van het type grond,het type trilnaald en de verdichtingwijze, ineen dichtere pakking gebracht. Afhankelijkvan de oorspronkelijke pakking en de toegepasteverdichtingsenerigie kan een verminderingoptreden tot 10% van het te verdichtenvolume.1 InbrengenVerdichting ondergelijkmatig verdeeldebelasting.Pakking van de bodemvoorafhachterafHet procesDe vibrerende trilnaald dringt,ondersteunt door de spoelkrachtvan het water, tot de gewenstediepte in de bodem. Daarbij kunnenfijne deeltje met het retourwaterworden uitgespoeld. Na hetbereiken van de einddiepte wordtde watertoevoer verminderd ofgestopt.Verdichting onderfundament.Het funderingsconceptDe reikwijdte van de verdichting van een alleenstaandrüttelpunt hangt van vele invloedsparametersaf. Keller beschikt over een groteervaring om een passend funderingsconceptaan te bieden. De optimale stramienmaat laatzich echter het beste via een proefveld vaststellen,waarbij de verschillende rasterafstandenen uitvoeringswijzen getest kunnen worden.Bij een goede verdichting kunnen grotelasten met rekenwaarde van de draagkrachttot 1MN/m 2 worden toegepast.Door de juiste plaatsing van de rüttelpuntenkunnen grondlichamen tot elke gewensteomvang worden verdicht. De bereikte verdichtingis middels sonderingen eenvoudig,goedkoop en objectief te controleren.4

Natuurlijk afgezette maar ook kunstmatig opgebrachte zanden zijnvaak te los en te variabel gepakt om voor een bepaalde bebouwinggeschikt te zijn. Met de trilnaalden van Keller kan de pakkingdichtheidonafhankelijk van de grondwaterstand worden verhoogd en verschillenin pakkingsdichtheid worden genivelleerd.ABBdiepte0-1-2-3-4-5-6-7-8-9...2 Verdichten3 Navullen4 AfwerkingDe grondverdichting volgtin fasen van onder naar boven.Deze omvat een grondcilindertot wel 5 m diameter.De verhoging van deverdichtingsgraad toont zichdoor een stijgend stroomgebruikvan de trilmotor.Rondom de trilnaald ontstaateen trechter die metaangevoerd materiaal (A)of het voorhanden materiaal(B) gevuld wordt. Hiervooris tot wel 10 % vanhet behandelde volumebenodigd.Na de uitgevoerde grondverdichtingkan de bovenstelaag worden ontgravenof kan de toplaag met eenoppervlakteverdichtingworden naverdicht.Reeds in 1939 werdop een project in Berlijneen verdichtingsdieptevan 35 m bereikt. Inmiddelsliggen de maximaleverdichtingdiepten bovende 50 m.Trilnaald met trechter.Bijzondere toepassingenMet de trilnaalden kunnen ook slankefunderingselementen als dukdalven,grondankers en staalprofielen in zandigebodems ingebracht en permanent verankerdworden.Verdere toepassingen zijn het realiserenvan verdichte wanden of lagen ter verlagingvan de waterdoorlatendheid.... ...-31-32-33-34-35-48-49-505

Rüttelstopverdichtingin cohesieve ondergrondopzetstuk entegelijkertijdopslagelastischekoppelingmateriaaluitlaatmateriaalsluiselectromotormateriaaldoorvoerbuisonbalans6Materieel en uitvoeringMeestal wordt bij een rüttelstopverdichtingde sluizentrilnaald ingezet, waarbij toegevoegdgrofkorrelig materiaal, met ondersteuning vanluchtdruk, bij de punt uittreedt. Vanwege despeciaal benodigde equipement zijn specialekranen met makelaars ontwikkeld, die tevenseen additionele kracht leveren bij het inbrengenen verdichten. Er wordt in afwisselendetrappen gewerkt. Het bij het trekken van desluizentrilnaald uitlopende materiaal wordt bijhet opnieuw aandrukken (“stoppen”) verdichten zijdelings in de bodem verdrongen. Opdeze wijze ontstaat een grind- of zandkolomdie samen met de verbeterde bodem de belastingendraagt.Grondmechanische aspectenVoor zover in gemengde en cohesieve grondendoor horizontale slingeringen en zijdelingseverdringing nog enige verdichting bereiktkan worden, wat in eerste instantie vande waterverzadigingsgraad afhangt, is dit verbeteringsaandeelnet als bij de rütteldrukverdichtingin rekening te brengen.De rüttelstopverdichting in zijn zuiverstevorm gaat er daarentegen vanuit dat de omliggendegrond zelf niet verdicht wordt. De verbeteringberust op de hoge stijfheid en dehoge schuifweerstand van de ingebrachterüttelstopkolommen.Dimensioneringsdiagram voorrüttelstopverdichtingVerbeteringsfactor7654321j S= 45.0˚j S= 42.5˚j S= 40.0˚j S= 37.5˚m B = 1/3j S= 35.0˚2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Oppervlakteverhouding A / A SHet funderingsconceptKan een rütteldrukverdichting nog eenvoudigworden gecontroleerd, de werking van derüttelstopkolommen kan eigenlijk alleen doormiddel van proefbelastingen worden gecontroleerd.Keller heeft echter betrouwbaredimensioneringsmethoden ontwikkeld die degeometrie van de rüttelstopkolommen en dehoek van inwendige wrijving van het aangebrachtemateriaal meenemen. Funderingstechnischwordt een grondverbetering metHet proces10,80,60,40,201 VoorbereidenMet de stelling wordtde aan de makelaar gevoerdesluizentrilnaaldboven het ingemetenpunt opgesteld, waarnade machine hydraulischwordt afgesteund. Eenfrontlader belaadt deaan de makelaar bevestigdekubel.2 Vullen4 8 12 16 20 24 28Diepte in verhouding met de diameter t/dDe kubel wordt aan demast omhoog gevoerden leegt zijn inhoud inde sluizentrilnaald. Nahet sluiten van de sluisklepondersteunt luchtdrukde materiaaltoestroomnaar de uitstroomopeningaan depunt van de trilnaald.rüttelstopkolommen behandeld als een normale grondverbetering.De rekenwaarde van de draagkracht ligt nauitvoering met rüttelstopkolommen tussen de 150 en500 kN/m 2 en is met name afhankelijk van de toegestanezettingen.Bepaling zettingen voor eenalleenstaand fundamentZettingsverhouding z/z *¥* z¥ = zetting t.g.v. een gelijkmatige belasting160090040022510064361 4916Aantal rüttelstopkolommen

Cohesieve en wisselend opgebouwde gronden hebben vaak onvoldoendedraagkracht. Komt het aandeel fijne deeltjes (< 63 µm) boven de 10 à 15%dan is een succesvolle rütteldrukverdichting niet te verwachten.Op dat moment wordt een rüttelstopverdichting als verbeteringsmethodeinteressant.Deze methode is ook voor verbetering van grofkorrelige aanvullingen alsbouwafval, slakken of puin zeer geschikt.diepte0-1-2-3-4-5-6-7-8-9...3 Inbrengen4 Verdichten5 AfsluitenDe trilnaald verdringten doorboort de bodemtot op de gewenstediepte, ondersteuntdoor de uittredendeluchtdruk en de krachtvan de lieren.Na het bereiken van deeinddiepte wordt de trilnaaldiets getrokken, zodathet vulmateriaal doorde luchtdruk in de ontstaneruimte loopt. Bij hetopnieuw op diepte brengenwordt dit materiaalverdicht en zijdelings debodem ingedrukt.Door afwisselend trekken entrillend drukken (“stoppen”)wordt een grind- of zandkernopgebouwd tot op het gewensteniveau. Voor een goedeaansluiting van de fundering opstaal dient de bovenst laag teworden ontgraven of dient eennivelleringslaag te wordenaangebracht.De verbetering met behulpvan rüttelstopkolommenwerd eindvijftiger jaren ontwikkeld.Zonder bijzondereuitrusting van de trilnaaldof de stelling zijndiepten van ongeveer20 m mogelijk.Voordelen van de luizentrilnaaid:...• Het ingebrachte materiaal treedtaltijd aan de naaldpunt uit, zodateen ononderbroken kolom wordtgemaakt.-14-15-16• Er hoeft maar eenmaal opgesteldte worden.• Het invallen van het gat bij kritischegrondsoorten is niet mogelijk.• Doordat de trilnaald aan de makelaarwordt gevoerd, worden dekolommen verticaal uitgevoerd.-17-18-19-20Ontgraving ten behoeve van het aanbrengen vaneen nivelleringslaag na de rüttelstopverdichting.• Er wordt geen water als spoelmiddelgebruikt om zo het werkplateaubegaanbaar te houden.7

Paalvormige funderingselementenVermortelde en mortelrüttelstopkolommenUitvoeren van vermortelderüttelstopkolommendoor toevoegingvan cementsuspensieaan het materiaal.Machine en uitvoeringDeze funderingselementen worden op dezelfdewijze uitgevoerd als de rüttelstopkolommendie reeds zijn beschreven. Bij devermortelde rüttelstopkolommen wordt hetingebrachte materiaal tijdens de uitvoeringeen cementsuspensie als bindmiddel toegevoegd,zodat bij het verharden een vaste kolomontstaat. Bij de mortel rüttelstopkolommenwordt als additief speciale beton metkwaliteit B15 of B20 toegevoegd.Beide producten gedragen zich als normalerüttelstopkolommen. Het verdichtingeffectvan de omliggende bodem door het trillenen verdringing worden er echter niet doorverminderd.Grondmechanische aspectenDe werking van deze funderingselemententoont de meeste overeenkomsten met palenFunderingsconceptBij het ontwerp wordt voor deze funderingselementende maximaledraagkracht aangeven,die door een groot aantal belastingproevenwordt onderbouwd. Afhankelijk vande bodemopbouw en het toegepaste materiaalkan de rekenwaarde van de draagkrachtoplopen tot 600 kN.Vermortelde en mortel rüttelstopkolommenlaten zich zeer goed met normale rüttelstop-Uitgegraven vermortelde rüttelstopkolommen.kolommen combineren, waarbij het ondersteof bovenste deel van de kolom onverstevigdblijft en daardoor een zekere bufferzoneontstaat. Zulke kolommen worden als deelsvermortelderüttelstopkolommen aangeduid.InbrengenUittrillen van de voetUitvoeren van vermortelderüttelstopkolommenstellingactiveringtrilnaald metmateriaalbuisen suspensietoevoerleidingcementsuspensieuit menginstallatiemateriaaltoevoerniet draagkrachtige bodemdraagkrachtige bodemuitredepunt van materiaalgrindvoet8

Betonrüttelkolommen worden toegepast als cohesieve gronden geen draagkrachtigecombinatie met normale rüttelstopkolommen kunnen vormen.Daarnaast in het geval van aanwezigheid van aanzienlijke organische bestanddelen,die kunnen ontbinden of krimpen (bij hogere belastingen).BetonrüttelkolommenMachine en uitvoeringBetonrüttelkolommen worden over de gehelelengte uit verpompbare beton van kwaliteitB 25 opgebouwd. Hierbij wordt hetpuntdraagvermogen door verscheidene malentrekken en weer opnieuw inbrengen, verhoogt.De eigenlijke schacht wordt vanwegede inwendige sterkte van de beton in éénkeer getrokken.Grondmechanische aspectenBij betonkolommen wordt afgezien vande verdichting van de omliggende grond.Zoals ook bij andere paalachtige funderingselementenkan echter in het gebied rondomde punt een hoogwaardige verdichting wordenbereikt waarmee een hogere draagkrachten geringere vervormingen gerealiseerdworden.Aanbrengen von eenbetonrüttelkolom.Uitgegraven betonrüttelkolom.Het funderingsconceptDe diameter van betonrüttelkolommen bedraagtin de regel tussen de 40 en 60 cm.De rekenwaarde van de belasting kan, afhankelijkvan de bodemopbouw en de vergrotingvan de paalvoet, oplopen tot 800 kN.Betonrüttelkolomin doorsnede.OpstellenInbrengen enuittrillen van de voetAanbrengen vande kolomactiveringstellingtrilnaald metbetonleidingbetonpompbetonmortelniet draagkrachtige bodemdraagkrachtige bodemuitredepuntvan betonvoet9

Varianten van rüttelverdichtingMeervoudige trilnaalden enonderwaterverdichtingDiepteverdichtingen van grote oppervlaktenof onder water, kunnen met meervoudigetrilnaalden worden uitgevoerd.uitgebaggerd en metzand aangevuldklei, siltzandBij rüttelstopkolommen van grind onder water,bijvoorbeeld voor de fundering van kademurenof brugpijlers, wordt een grindlaagaangebracht welke vervolgensin de ondergrondwordt getrild.grind/steenslagzandslappe lagenRüttelstopkolommen aangebrachtzonder sluizentrilnaaldBij een specifieke bodemopbouw kunnenrüttelstopkolommen ook met trilnaaldenaan draadkranen worden uitgevoerd.Daarbij wordt met waterspoeling of drooggewerkt. De spoelhulp dient om sneller opdiepte te komen, voor het openhouden vanhet gat rondom de trilnaald en incidenteelvoor het realiseren van grotere kolomdiameters.10

ControleBij alle grondverbeteringstechnieken wordtelektronische meetapparatuur ingezet omeen betrouwbare, gelijkmatige uitvoeringzeker te stellen en te documenteren.Het meetapparaatVoor de procesbesturing, controle en registratiekunnen de belangrijkste uitvoeringsparametersvan elk rüttelpunt gemeten, opgeslagenen grafisch gepresenteerd worden.Bedieningsmonitor encentrale eenheid vanhet meetapparaat M4.De meetinrichting bestaat uit:• Een bedieningsmonitor in decabine van de stelling of kraan,• een centrale eenheid metgegevensopslag,• een PC met printer.Programm: Tiefenrüttelverfahren (3.0.0)Inventar: 9130517 Baustelle: 1234173Los: 0 Punkt: 241 lfd. Nr.: 15Datum: 15.09.96 Zeit: 05:10:47 Intervall: 4 sekWichte: 1.5 kN/m³Legende:Zeit[sek]01Tiefe[m]051015Vorschub[m/min]-40-2002040Andruck[bar]0200400Abt.: Beratung undEntwicklungStrom[A]050100150Proefbelastingen zijneen goede mogelijkheidom de mate vanverbetering van debodem te controleren.5001000150020002Ereignis Uhrzeit Tiefe Elektr. Susp. Gewicht Gewicht Neigung NeigungEnergie Punkt Netto Gesamt Rts/Lks Vor/ZurNr. Art Bezeichnung hh:mm:ss [m] [kVAh] [cbm] [Ton] [Ton] [Grad] [Grad]01 09 Punkt Anfang 05:10:47 0.1 0.00 0.00 2.98 2.98 -0.2 +0.302 10 Punkt Ende 05:45:08 0.1 21.03 0.00 2.79 5.77 -0.4 +0.2Punktdauer: 34.33 min max. Tiefe: 10.00 m rel. Gewicht: 0.58 Ton/mDe meetwaardenTijdens het verdichten worden verschillendeprojectgegevens automatisch geregistreerd.Gegevens als tijd, diepte, voortgangssnelheid,drukkracht en stroomverbruik kunnen bovendiengrafisch vastgelegd worden. Het iseventueel mogelijk ook het energieverbruikte registreren.11

KellerFunderingstechnieken B.V.Postbus 7572400 AT Alphen a/d RijnEuropaplaan 162408 BG Alphen a/d RijnTel 01 72/47 17 98Fax 01 72/47 18 04e-mailInternetnederland@KellerGrundbau.comwww.KellerGrundbau.comBahrain · Duitsland · Egypte · Frankrijk · GrootBrittannië · Hongarije · Italië · Maleisië · Oostenrijk· Portugal · Polen · Saudi Arabië · Singapore ·Slowakije · Spanje · Tsjechië · USA · VerenigdeArabische EmiratenDeel uitmakend van de Keller Groep plc