Brevet FR2291320A1 — publié le 19760611

La présente invention concerne une structure support fixe comprenant une colonne constituée par des éléments préfabriqués superposés.et un tube d'acier central vertical passant à travers des ouvertures traversant les éléments, les éléments adjacents ayant des surfaces de portée sphériques s'adaptant l'une à l'autre, respectivement concaves et convexes. La structure comprend de pré- férence une pluralité de colonnes de ce type, interconnectées mais le principe conforme à la présente invention peut également être utilisé dans la construction d'une colonne unique, Si on le désire. La structure est particulièrement avantageuse pour la construction d'une plate-forme ou similaire prenant appui sur le fond de la mer mais positionnée au-dessus du niveau de la mer telle que les~plates- formes pour l'exploitåtion des gisements pétroliers sous-marrns. Toutefois, la structure support peut également être utiliséé avantageusement pour d'autres structures telles que les ponts ou similaires, si l'on rencontre des difficultés pour l'érection d'un coffrage convenable pour une colonne en béton. Des plates-formes connues ayant une structure support reposant sur le fond sous-marin, la plate-forme elle-même étant positionnée largement au-dessus du niveau de la mer (dans la ber du Nord au moins 20 mètres), sont énormes et coûteuses en raison des difficultés rencontrées pour leur réalisation plus spécialement dans les mers relativement profondes telles que celles ayant une profondeur de 60 à 70 mètres ou plus. Selon I'art connu, on construit certaines structures en béton à terre et on fait flotter ensuite ces structures jusqu'à la position requise où elles sont descendues et mises en place sur le fond sous-marin.Un exemple d'une telle structure est lé réservoir de stockage de pétrole installé sur le champ pétrolifère d'Zkofisk dans la secteur norvégien de la Mer du Nord. les colonnes en béton creuses qui peuvent être utilisées, par exemple, pour supporter les plates-formés peuvent être produites d'une manière similaire au réservoir d'Ekofisk, les colonnes étant ultérieurement transportées par flottage jusqu'au lieu de construction et mises en place sur le fond sous-marin. Comme, pour dentelles plates-formes, le diamètre des colonnes peut etre de l'ordre de 5 mètres, les colonnes sont très imnortantes et lourdes et, en conséquence, difficiles à manoeuvrer. le but de la présente invention est de fournir un procédé moins onéreux et plus simple nour la réalisation d'une structure support fixe constituée par une ou plusieurs colonnes, procédé qui est plus spécialement adapté aux plates-formes ou similaires dont les fondations doivent être réalisées sur le fond sous-marin. L'in- vention concerne également la structure support fixe terminée et les éléments préfabriqués destinés à être utilisés pour mettre en oeuvre le procédé. la structure support fixe conforme à l'invention est caractérisée en ce que ltextrémité inférieure du tube central est reliée à la surface supérieure d'un élément de fondation en béton préfabriqué, en ce que les éléments de colonne en béton empilés sur l'élément de fondation comportent des orifices qui les traversent ayant un diamètre sensiblement plus grand que le-diamètra externe du tube central et en ce que l'espace -entre le tube et les parois des orifices dans les éléments de la colonne et également l'intérieur du tube sont remplis avec du béton1 ce par quoi la colonne- constitue une structure en béton rigide dans laquelle le tube en acier central se trouve noyé dans le béton et sert d'été ment de renforcement contre les charges donnant naissance à un moment de- flexion. Be-procédé pour la production d'une telle structure support fixe est caractérisé en ce que, pour la construction de chaque colonne, on utilise un tube-guide en acier dont l'extrémité inférieure est reliée au sommet d'un élément de fondation en béton, approximativement au milieu de la surface support réalisée sur celui-ci, le tube-guide étant abaissé et allongé, si nécessaire, jusqu'à ce que l'élément de fondation repose sur le sol et jusqu'à ce que le tube-guide atteigne le niveau requis, en ce que le tube est réglé dans une position verticale exacte, en ce que les éléments de colonne en béton préfabriqués comportant chacun un orifice qui les traverse d'un diamètre substantiellement plus grand que le tube d'acier et ayant à leurs extrémités, des surfaces de portée en calottes sphériques, respectivement, concaves et convexes, sont successivement engagés-sur le tube-guide et réglés pour que leur axe soit dans la direction voulue et en ce que ltespace entre le tube-guide et les parois des orifices dans les éléments de co lionne et également l'intérieur du tube-guide sont remplis de béton de sorte que chaque colonne constituée par l'élément de fondation, le tube-guide et les éléments de colonre est liée sO,ls forme d'une structure d'ensemble rigide dans laquelle le tube-guide est noyé dans le béton et sert d'élément de renforcement contre les charges donnant naissance à des moments de flexion. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés qui illustrent un mode de réalisation comportant trois colonnes interconnectées constituant la structure support pour Üne plate-forme qui est po- sitionnée au-dessus du niveau de la mer mais qui n'est pas repré sentée dans les dessins, dessins dans lesquels :: Pig. 1 est une vue en élévation latérale schématique illustrant deux des colonnes de la structure support; Fig. 2 est une coupe en plan de la structure support mon- trant que, dans le mode de réalisation illustré, les trois colonnes avec leur élément de fondation sont positionnées aux sommets d'un triangle équilatéral; Fig. 3 est une vue en coupe verticale à plus grande échelle à travers l'extrémité inférieure d'une colonne et illustre la manière selon laquelle les obliquités des éléments de fondation résultant des pentes du fond sous-marin peuvent être compensées. les figures 1 et 2 illustrent la structure générale d'une structure support fixe conforte à l'invention reposant sur le fond sous-arin et constituée par trois colonnes 1. Chaque colonne con prend un élément de fondation 2 ayant une surface suffisamment large pour transférer la charge escomptée au sol, c'est a-dire au fond sous-marin 3. La partie inférieure de chaque élément de fondation 2 peut etre conformée d'une manière connue afin d 'assurer une fondation convenable et de transférer la charge au sol.Si nécessaire, les éléments de fondation peuvent être par exemple munis d'une chemise pénétrant dans le sol et permettant l'injection de béton, par exemple, entre le fond de l'élément de fondation et le sol. la nouveauté de l'élément de fondation conforme à l'invention réside dans la conception de la partie supérieure de celui-ci. ainsi, approximativement au milieu de la surface supérieure de l'élément de fondation, est réalisé une assise ou cavité 4 (voir figure 3) ayant la forme d'une calotte sphérique adaptée pour servir de surface d'appui pour une surface en calotte sphérique correspondante d'un élément de colonne préfabriqué 5 qui forme ensemble avec les éle-- ments de colonne préfabriqués superposés, chacune des trois colonnes 1. les surfaces d'appui des éléments de fondation et des élé- ments de colonne peuvent etre enduits avec une résine époxy. Approximativement au centre de la cavité ou surface de portée 4, l'élé- ment de fondation 2 est relié à un tdbeguide i renfla* vertical 7 en acier. Dans le dessin, cette liaison, ou joint, est illustrée comme constituée par un certain nombre de barres d'armature usuelles 8- qui. sont noyées dans le béton de l'élément de fondation 2 et qui passent à travers le cent-re d'une plaque de fond 9 du tube d'acier 7, lesdites barres étant fixées au tube d'acier 7. Par exemple par soudure sur les parois internes de celui-ci. Cette manière de réaliser une liaison ou joint est usuelle dans les constructions en béton. le tube d'acier 7 s'étend sur la hauteur totale requise pour la colonne 1. les trois colonnes sont interconnectées au moyen d'entretoises 10 qui peuvent être piéfabriquées et qui sont reliées à une de leurs extrémités à un élément d'une colonne et à l'autre extrémité -à un élément d'une autre colonne. De même, les éléments de fondation 2 de chaque-colonne peuvent être interconnectés au moyen de barres de connexion en béton ou de poutres de connexion en bé- - ton préfabriquéés 10' qui sont reliées aux éléments de fondation, ce qui permet à tous les éléments de fondation de venir prendre position'à'plat sur le sol 3, même si le sol n'est pas plan. les éléments de colonne en béton préfabriqués 5 et 6 auxquels il est fait référence ci-dessus et qui sont de forme annulaire peuvent être commodément cylindriques à la fois extérieurement et intérieurement, et avoir toutes dimensions compatibles avec la nécessité d'une production et d'une manipulation faciles des éléments. Comme indiqué dans la figure 3, les éléments peuvent être creux; en conséquence, le poids et la flottabilité des éléments peuvent être contrôlés. Ceci signifie que les éléments peuvent tre remorqués par flottage vers le lieu de construction et recevoir le poids voulu pour une descente contrôlée -en laissant l'eau pénétrer dans les compartiments intérieurs ou les espaces creux à travers des soupapes convenables (non représentées).Ceci est également vrai pour l'élément de fondation 2. lorsque la struc- turne a été érigée, les espaces creux peuvent, si nécessaire, être remplis complètement d'eau, de sable, de mortier ou autres m té- riaux. L'orifice cylindrique. circulaire 11 qui traverse les éléments de colonne 5 et 6 peut avoir in diamètre aui est simplement légèrement plus grand que le diamètre externe du tube d'acier 7, si la structure repose sur une assise horizontale.Ainsi, si le tube d'acier a un diamètre externe de 1 mètre, l'orifice 11 peut, de façon convenable, avoir un diamètre interne de 1,25 mètres. les faces d'extrémité 12 et 13 (inférieure et supérieure, respectivement) de l'élément de colonne 6 entre lescuelles s'étend l'orifice 11, sont sphériques afin de s'adapter avec les surfaces de portée sphériques correspondantes sur la surface supérieure de l'élément de colonne se trouvant immédiatement en dessous et sur la surface inférieure de l'élément de colonne suivant superposé. De préférence, la majorité des éléments de colonne 5 et 6 ont la même hauteur et le même diamètre aussi bien que le même rayon de courbure des surfaces de portée sphériques.Toutefois, on doit comprendre que rien ='empêche les éléments d'être différents les uns des autres sous réserve que les surfaces de portée adjacentes aient le même rayon de courbure. De plus, comme cela sera expliqué ci-après, les éléments inférieurs de chaque colonne ont de préférence une hauteur réduite et un diamètre d'orifice il plus grand. Des éléments spéciaux peuvent également, comme indiqué en 5' et 6' dans la figure 1, etre prévus avec des joints ou des liaisons pour les entretoises 10. De même, ces éléments de colonne ont de préférence une hauteur réduite. Finalement, des éléments de compensation- 14 de toute hauteur désirée peuvent être utilisés pour égaliser les différences dans le niveau du sol'3. Une autre caractéristique supplémentaire importante de la structure conforme à l'invention est qu'elle peut également être utilisée lorsque le sol sous chaque élément de fondation est lég- rement incliné. Ceci est illustré dans la figure 3 dans laquelle l'élément de fondation est représenté comme faisant un angle Oc avec le plan horizontal. Cet angle fait oue le centre de courbure 15 de la cavité 4 se trouve décalé par rapport à l'axe central 16 du tube d'acier vertical 7. En plus de sa dépendance vis-à-vis de l'angle Oc, le décalage ou l'excentricité e dépend également du rayon de courbure de la cavité 4.Afin que l'excentricité ne soit pas excessive, il peut être avantageux de réaliser la cavité 4 et en conséquence également la surface inférieure de l'élément de colonne le plus bas 5 avec un rayon de courbure R1 quelque peu inférieur au rayon de courbure R2 choisi pour les autres éléments de colonne 6. Si tous les éléments de colonne 5 et 6 ont un diamètre interne de l'ouverture ll permettant le décalage ou l'excentricité e, cette excentricité peut être maintenue sur toute la longueur de la colonne 1 c'est-à-dire que tous les éléments de colonne peuvent être alignés et avoir un axe central qui est décalé par rapport à l'axe central 16.Xoutefois, comme illustré dans la figure 3, il est également possible de compenser l'excentricité e au moyen de l'élément de colonne 5 le plus bas (ou, si nécessaire, d'un petit nombre des éléments dé colonne suivants). Dans ce but, l'orifice il de l'élément de colonne 5 a un diamètre relativement grand, de sorte que l'axe central 17 de l'élément peut être incliné à ltoppo- sé de ltinclinaison de l'axe 18 de l'élément de fondation.Afin que l'élément de colonne 5 le plus bas puisse assurer un support suffisant des éléments de colonne superposés 6, même-lorsqu'il est incliné comme indiqué ci-dessus, il peut avoir-un diamètre externe plus grand comme représenté dans la figure 3. Entre ltélëment de colonne 5 le plus bas et les éléments de colonne normaux 6, on peut prévoir un élément de transition 6a ayant des diamètres externe et interne légèrement plus grands que les éléments de colonne 6. Au moyen d'un élément 5 tel qu'illustré et d'un élément de transition 6a, on peut compenser-une inclinaison initiale de-l'élément de fondation de l'ordre de plusieurs degrés. ta structure de colonne conforme à l'invention peut être montée comme suit Tout d'abord, les éléments de fondation sont connectés selon la configuration désirée à l'état flottant au moyen des barres de connexion 10'. la partie inférieure dù tube d'acier 7 a déjà été fixée aux éléments de fondation 2. Cette partie du procédé de montage peut être effectuée dans des eaux protégées, par exemple au voisinage du rivage, et le squelette en résultant pour la structure support peut ultérieurement être transporté par flottage jusqu'aù lieu de construction. Afin d'assurer une structure rigide qui convienne pour être transportée par flottage, un équipement de montage avec une plate-forme de travail provisoire peut etre monté sur les éléments de fondation, les tubes de guidage en acier 7 étant fixés de façon amovible à l'équipement de montage. Sila plate-forme detravail provisoire comporte une structure en caisson creux, la structuré rigide constituée par les éléments de fondation 2, les barres de connexion 10', les tubes d'acier 7 et lté- quipement de montage avec sa plate-forme de travail peuvent être transportés par flottage jusou'au lieu de construction dans une position de flottage horizontale stable. Sur le lieu de construction, les éléments de fondation 2 peuvent être descendus jusqu'au fond de la mer avec les tubes 7 dans une position générale verticale par des moyens connus, y compris un contrôle de la flottabilité des éléments de fondation 2 et de la plate-forme de travail provisoire. Pendant l'abaissement des éléments de fondation 2, les tubes d'acier 7 peuvent être allongés par soudure de tubes de prolongation supplémentaires à l'extrémité supérieure de chaque tube 7 si nécessaire. Lorsque les éléments de fondation ont été placés sur le fond sous-marin, les tubes d'acier 7 sont réglés dans des positions verticales exactement parallèles. les éléments de colonne en béton sont alors enfilés sur le tube acier, le tube servant de guide pour les éléments. Afin que les éléments en colonne prennent la position requise pour que les surfaces de portée sphériques soient en contact parfait les unes avec les autres, et pour que les éléments suivants soient correctement alignés par rapport au tube d'acier 7,les éléments en colonne doivent être guidés positivement sur le tube d'acier 7. le guidage requis peut être obtenu par des moyens réglables (non représenté) aux extrémités supérieure et inférieure de chaque élément en colonne. Ces moyens réglables peuvent, si on le désire, coopérer avec des moyens sur les tubes d'acier7,sar exemple, des rainures longitudinales prévues dans celui-ci, afin d'assurer la non-rotation des éléments autour du tube d'acier 7. Deux éléments en colonne 5' et 6', de préférence des éléments ayant une hauteur réduite et un diamètre quelque peu plus grand que ltouverture 11 telle que l'élément 6a dans la figure 3, peuvent être reliés par une entretoise 10 et les deux éléments de colonne peuvent être enfilés en même temps sur les deux tubesGdde; Le plus grand diamètre de l'orifice 11 dans les éléments 5' et 6' permet de compenser les tolérances par un déplacement latéral de l'un ou des deux éléments de colonne, en conséquence l'utilisation d'une entretoise préfabriquée de longueur fixée devient possible. La-hauteur de préférence réduite des éléments 5' et 6' assure que l'axe incliné de l'élément déplacé n'azura pas son centre decour- bure décalé de façon anormale par rapport à l'axe central du tubeguide 7. Si on le désire, le décalage peut être compensé par l'utilisation d'un élément de colonne 6a incliné dans la direction opposée, ce qui ramène son centre de courbure sur l'axe du tube guide 7. étant donné que les forces de frottement entre les éléments de colonne sont notablement importantes en raison du poids des éléments lorsqu'ils sont remplis, par exemple d'eau, les entretoises 10 relient les trois colonnes sous forme d'une structure relative ment rigide. Pour assurer une liaison supplémentaire des diffé- rents éléments de la structure, l'intérieur du tube d'acier 7 et l'espace entre le tube d'acier 7 et les parois de l'orifice 11 sont finalement remplis de béton.Lorsque ce béton a fait prise, on obtient une structure cohérente qui résiste aux charges auxquelle elle est soumise pendant l'utilisation, le tube d'acier 7 servant de renfort contre les charges donnant naissance des moments de flexion. Pour assurer une descente contrôlée des différents éléments, des grues ou des engins de levage spéciaux peuvent être utilisés. Les grues peuvent être des grues flottantes. Alternativement, des grues ou d'autres treuils de levage peuvent être montés sur la plate-forme de montage préliminaire. la position correcte des éléments peut satyre contrôlée par des plongeurs. Ii est évident que les principes sur lesquels la présente invention est basée peuvent être utilisés dans des modes de réalisation autres que la plate-forme cidessus décrite. l'homme de l'art pourra aisément concevoir des modifications de la réalisation décrite et concevoir d'autres applications de la présente invention. R E V E N T) I O A T I O N S 1.- Une structure support fixe, de préférence pour des plates-formes ou similaires positionnée au-dessus du niveau de la mer, comprenant une colonne ou de préférence plusieurs colonnes in terconnectées,chaque comme étant constituée par des éléments prbrique's superposés avec un tube en acier central vertical passant à travers des ouvertures traversant les éléments, les éléments adjacents ayant des surfaces de portée sphériques s'adaptant l'une à l'autre, respectivement concaves et convexes, caractérisée en ce que l'ex- trémité inférieure du tube central est reliée à la surface supé rieure d'un elément de fondation préfabriqué en béton, les éléments de colonne en béton empilés sur l'élément de fondation comportant des orifices qui les traversent lesquels présentent un diamètre sensiblement plus grand que le diamètre externe du tube central, ltespace entre le tube et les parois des orifices dans les éléments de la colonne et également l'intérieur du tube étant remplis avec du béton, ce par quoi la colonne constitue une structure en béton rigide dans laquelle le tube en acier central se trouve noyé dans le béton et sert comme élément de renforcement contre les charges donnant naissance à un moment de flexion. 2.- Une structure selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens ajustables sur les éléments de colonne pour fixer en position l'élément, avant le remplissage avec du béton, avec son axe à une distance requise de l'axe du tube de renforcement ou formant l'angle requis avec cet axe. 3.- Une structure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce qu'elle comporte sur les éléments de colonne et sur le tube de renforcement des moyens qui coopèrent pour empêcher la rotation des éléments de colonne autour du tube de renforcement avant le remplissage avec du béton. 4.- Une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que les colonnes sont interconnectées au moyen d'entretoises en béton p éfabriouées de longueur fixée connectées à chaque extrémité à un élément de colonne d'une colonne. 5.- Une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que les éléments de fondation de chaque colonne sont interconnectées car des barres de connexion préfabri- quées en béton qui sont reliées aux éléments de fondation. 6.- Un procédé pour la construction de structures support fixes spécialement pour les plates-formes et similaires positionnée au-dessus du niveau de la mer, selon l'une quelconque des revendications 1 à-5, ladite structure comprenant unes colonne ou de manière préférentielle plusieurs colonnes interconnectées, chacune se composant d'éléments préfabriqués superposés et d'un tube en acier central vertical passant à travers-des orifices qui traversent les éléments, les extrémités adjacentes des éléments ayant des surfaces de portée sphériques respectivement concaves et convexes, caractérisé en ce que, pour la construction de chaque colonne, on utilise un tube-guide en acier dont l'extrémité inférieure est reliée à la surface supérieure d'un élément de fondation en béton, approximativement au milieu de la surface support réalisée sur celui, le tube-guide étant descendu et allongé si nécessaire jusqu'à ce que l'élément de fondation repose sur le sol et que le tube-guide atteigne le niveau requis, on règle le tube-guide dans une position verticale exacte, les éléments de colonne préfabriquds en béton comportant chacun un orifice qui les traverse d'un diamètre substantiellement plus-grand que le tube d'acier et ayant à leurs extrémités des surfaces de portée en calottes sphériques respectivement concaves et convexes, sont engagés successivement sur le tube guide et réglés pour que leur axe soit dans-la direction voulue, et on remplit de béton l'espace entre le tube-guide et les parois des orifices dans les éléments de colonne et aussi l'intérieur du tube-guide de manière que chaque colonne constituée par l'élément de fondation, le tube-guide et les éléments de colonne soient liés sous forme d'une structure rigide dans laquelle le tube-guide est noyé dans du béton et sert d'élément de renforcement contre les charges donnant naissance à des moments de flexion. 7.- Un procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que les éléments de colonne sont positionnés relativement au tubeguide de telle sorte que les centres des surfaces de portée-sphé riques- sur les éléments de colonne superposés se trouvent directement l'un au-dessus de l'autre et au voisinage de l'axe du tubeguide. 8.- Un procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce cue le positionnement des éléments de colonne est effectué en ajustant des moyens de guidage convenables prévus sur ceux-ci avant d'engager les éléments sur le tube-guide. 9.- Un procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que, avant de remplir l'espace entre le tube-guide et les parois des orifices dans les éléments de colonne avec du béton, les colonnes sont interconnectées par des barres de connexion préfabriquées de longueur fixée connectées à chaque extrémité à un élément de colonne d'une colonne, les tolérances étant compensées par un déplacement latéral d'un ou des deux éléments de colonne. 10.- Un procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que les éléments de fondation de plusieurs colonnes sont interconnectés au moyen de barres de connexion déterminant la configuration des éléments de fondation assemblés qui sont descendus simultanément sur le sol, les barres de connexion étant liées aux éléments de fondation pour permettre un positionnement incliné individuel des éléments de fondation et compenser les différences de niveau du sol. -11.- Un élément de colonne destiné a' être utilisé pour la construction d'une structure support fixe, de préférence pour des plates-formes ou similaires positionnées au-dessus du niveau de la mer selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'élément est constitué en béton et comporte un orifice qui le traverse et en ce que les extrémités se faisant face de l'élément entre lesquelles s'étend l'ouverture sont sphériques, une face étant concave et l'autre convexe. 12.- Un élément selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ajustables pour maintenir les éléments pendant le montage de la structure avec l'axe de l'orifice à une distance requise de l'axe du tube-guide sur leauel les éléments sont enfilés ou formant un angle requis avec cet axe. 13.- Un élément selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de fixation pour des entretoises pour interconnecter plusieurs colonnes sous forme d'une structure support stable. 14.- Un élément selon l'une quelconque des revendications li à 13 caractérisé en ce que les centres de courbure des deux surfaces de portée sphériques sont situés sur l'axe longitudinal de l'élément. 15.- Un élément selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'ouverture s'étend axialement à travers l'élément 16.- Un élément de structure préfabrisué destiné à être utilisé pour la réalisation d'une structure support fixe de préférence pour des plates-formes ou similaires positionnées au-dessus du niveau de la mer, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un élément de fondation en béton ayant une surface de contact convenable avec le sol, caractérisé en ce qu'une surface de portée sphérique et positionnée sur la surface supérieure de l'él4- ment de fondation et en ce que l'élément de structure comprend de plus un tube en acier dont l'extrémité inférieure est reliée à l'é- cément de fondation en une point approximativement au centre de la surface de portée. 17.- Un élément de structura selon la revendication 16 caractérisé en ce que le tube en acier est muni d'un moyen de guidage axial pour guider les éléments de colonne èn béton préfabriqués ayant la forme de tubes qui sont enfilés sur le tube en acier.