Brevet FR2386646A1 — publié le 19781103

La présente invention concerne un procédé et. un. dispositif-pour augmenter la force portante et la résistance à l'arrachement d'un tube creux metallique à usage de pieu de fondation. Les fondations des structures d'exploitation du-pétro- le en mer sont généralement-cor.stituées par des tubes métalli ques de gros diamètres et de plusieurs centimètres d'épaisseur. Ces tubes sont battus avec des moutons de très grande capacité jusqu'à la profondeur nécessaire pour mobiliser les résistances à la compression et en traction imposées par le calcul de st lité de la plateforme. L'étude d'un grand nombre d'ouvrages indique que la capacité en traction nécessaire pour la stabilité de l'ouvrage est généralement du même ordre de grandeur que la capacité en compression. Or, un pieu traditionnel offre du fait de sa géométrie automatiquement (et inutilement en ce cas des ouvrages en mer) -une plus grande résistance en compr-ession qu' en traction. Par ailleurs, le temps d'exécution et les coûts de mise en oeuvre des engins de battage croissent très vite avec la résistance à l'enfoncement des fondations. Ainsi, on-se trouve dans la nécessité d'enfoncer les pieux de fondation à une profondeur nettement supérieure à celle qui serait requise pour la portance en compression (et ceci à grands frais), dans le-seul but d'obtenir la résistance en traction nécessaire pour la stabilité de l'ouvrage. Le but de l'invention est d'augmenter cette résistance en traction sans augmenter nï la longueur du pieu, ni les moyens de battage. On y parvint, selon la présente- invention, par un procédé dans lequel, après avoir enfoncé à la profondeur requise dans le terrain le tube creux métallique servant de pieu de fondation, de façon er soi connue, et vidé ce tube en tant que de besoin, on applique sur la face interne de la paroi du tube une pression suffisante pour dilater localement le tube et le terrain adjacent, Dans des réalisations particulières, -ce procédé se distingue en outre par une ou plusieurs des particularités suivantes - on réalis-e une diîatationpériphe'rique du tube et du terrain adjacent ; - on limite la dilatation du tube à une valeur comprise entre environ 10,b et environ 40:::, de préférence, entre environ 20cet et environ 30013', du diamètre du tube -.la dilatation locale concerne une longueur de tube égale a' n fois le diamètre du tube, n étant compris entre î et 4, de préférence compris entre 1 et 3 ; on réalise plusieurs dilatations locales réparties dans la hauteur du tube ; ladite pression est régulièrement répartie sur la périphérie du tube et est comprise entre 250 et 500 bars - on remplit totalement ou partiellement le tube après dilatation pour conserver la portance du tube au droit des zones dilatées et éviter des ruptures par flambement. L'invention concerne aussi un dispositif applicable notamment pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Ce dispositif comporte une cellule apte à être descendue à l'intérieur du tube et constituée d'une âme rigide allongée servant de support à une gaine souple et dilatable entourant cette âme de façon étanche, des moyens pour descendre la cellule dans le tube à l'emplacement voulu pour la dilatation et des moyens pour introduire entre l'rne et le tube un fluide de-goriflage de la-gaine. Dans une- réalisation, la paroi de la gaine est constituée de deux enveloppes élastiques allongées entre lesquelles sont intercalées des lamelles d'armature non jointives disposées selon la longueur de la gaine et réparties sur le pourtour de la gaine. On décrira ci-après une réalisation du procédé et du dispositif de la présente invention en référence aux figures du dessin joint sur lequel : - la figure 1 représente les différentes étapes du procédé - la figure 2 représente une cellule utilisable pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention - la figure 3 est une section droite de- la gaine de la cellule, suivant une réalisation, et - la figure 4 est une section droite d'une variante de réalisation de la gaine. DescriDtion. générale de la thode.- On a représenté sur la figure 1, un schéma de principe du procédé. le tube métallique 1 est battu à la profondeur requise (figure 1a) ; si ce tube est un tube ouvert en pointe, le sol rentre à l'intérieur au moment du battage et il convient de le vider, par exemple au moyen d'un hammergrab (figure 1b) ; onpeut aussi fermer le tube par une pointe ou une plaque pour éviter toute entrée de matériaux, et toute nécessité de curage. L'opération fondamentale consiste à dilater localement le tube et à augmenter son diamètre de 20 à 3O sur une longueur correspondant à 2 ou 3 diamètres de tube (figure lc). L'appareil permettant de réaliser cette dilatation est constitué par un vérin hydraulique annulaire 3 qui se.gonfle latéralement lorsqu'on lui applique une pression hydraulique interne4 Un exemple de réalisation de ce vérin sera décrit plus loin. Ces dilatations 2 sont limitées à une valeur variant entre 10 et 40% da diamètre, selon la limite d'allongement de l'acier avant rupture, et ceci pour éviter l'apparition de fissures longitudinales de rupture dans le tube. le tube peut ensuite être rempli, par exemple de sable ou de béton 4, dans toute sa hauteur (ou sur une partie de sa hauteur) de manière à conserver la portance structurale du tube au droit des zones dilatées et éviter des ruptures par flambement (figure Id). Aspect aéotechnioue du Drocédë- La force portante F1 d'une fondation constituée par un tube métallique cylindrique est constituée par deux composantes : la résistance en pointe (Ap x rp) proportionnelle à la surface de la pointe Ap et la résistance par frottement latéral (Al x rl) entre le fût et le terrain, proportionnelle à la surface latérale du faut : F1 = Ap x rp Al x rl La résistance à l'arrachement F2 est égale à la seule résistance par frottement latéral F2 = Al x rl Les valeurs de F1 sont généralement très supérieures à F2 bien que la résistance à l'arrachement souhaitée soit souvent, tout au moins-en mer, voisine de la résistance en compression. La présence des sections dilatées permet d'augmenter à la fois B1 et F2. y Ap X rp-+ AI x rl + n A'p rp AI = Al x rl + n A'p rp n étant le nombre de sections dilatées A' étant l'augmentation de section par dilatation. Le rapport rp varie de 30 à 100 selon la nature des rl -terrains. Il résulte de cette relation qu'une augmentation de section de 0,3 m2 (40 d'augmentation de section dun tube de 1 m de diamètre) obtenue à cinq niveaux (soit 1,5 m2 au total) permet d'augmenter la résistance à l'arrachement d'une valeur équivalente à celle qui serait obtenue par un allongement du fAt variant de 15 à 30 m (selon la nature du terrain). il en résulte une économie de métal et de temps de battage, mais plus encore une simplification des opérations lorsque la résistance au refus est atteinte à une profondeur inférieure à celle qui est exigée pour mobiliser une résistance à l'arrachement acceptable. Aspect résistance des matériaux. L'élément essentiel de la technique concerne la forte valeur de la pression requise pour dilater le tube et le terrain adjacent. Cette valeur est la somme de deux termes p = pm + pl : : pression requise pour dilater le tube facilement déterminée par les calculs de résistance des matériaux et qui en pratique varie de 200 à 400 bars. : : pression requise pour dilater le terrain mesuré au préalable au pressiomètre et variant en pratique de 15 à 100 bars. Il suffit donc pour effectuer le gonflement du tube de disposer d'ur.e cellule gonflante capable d'exercer une pression régulièrement répartie sur la périphérie du tube et atteignant 250 à 500 bars. On décrira maintenant une réalisation d'un vérin hydraulique conforme à la présente invention, en référence aux figures 2 à 4o Ce vérin est une cellule gonflante constituée (figure 2) par une âme centrale 5 métallique (creuse en général pour faciliter la descente de l'appareil), une gaine dilatable 6 et deux embouts 7,8 de fixation de-la gaine à l'âme. L'étanchéité entre la gaine et l'âme centrale est assurée par des joints 9 toriques (ou autres) de grande capaci té de défrmation. La gaine est suffisamment souple pour supporter des dilatations de 20 à 303p et suffisamment résistante pour éviter --la-rupture au droit des interstices situés entre le tube à déformer et les extrémités rigides de la cellule. Sur la moitié gauche de la figure 2, on a représenté la-gaine appliquée contré la paroi du tube au cours de lopéra- tion de gonflement et, sur la moitié droite de la figure, on a représenté cette gaine au repos, après l'opération de-dilatation. Dans une réalisation (figures 3 et 4), la gaine est constituée de deux enveloppes 10,11 en matière élastique (caoutchouc ou autres,...) avec intercalation de lamelles métal --liques longitudinales 12.- Ces lamelles couvrent la longueur - totale de la cellule ou seulement les extrémités ; leur épais- seur est suffisamment faiole pour pouvoir s'appliquer sur la paroi à déformer, sans déf-oTmation permanente des lamelles ; leur largeur est de l'ordre de 1/5 à 1/20 du diamètre de la celluleQ Dans la réalisation de la figure 3, les lamelles 12 se chevauchent comme des~aubes. Dans la réalisation de lafigure 4, les lamelles sont intercalées suivant deux couches cylindriques 13,14. Au fur et à mesure de la dilatation, les lamelles glissent les unes sur les autres, tout en assurant une continui té mécanique dans ie sens longitudinal sur toute la surface de la gaine. R E V E N D- I C A T I-O N S 1. Procédé pour augmenter la force portante et la résistance à l'arrachement d'un-tube. creux métallique à usage de pieu de fondation, caractérisé en ce que, après avoir, de façon en soi connue, enfoncé le tube dans le terrain à la profondeur requise, on applique sur la face interne de la paroi du tube une pression suffisante pour dilater localement le tube et le terrain adjacent, 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par lefait que- l'on réalise une dilatation périphérique du tube et du terrain adjacent. 3. P-rocédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la dilatation du tube est limitée à une valeur comprise entre environ 10% et environ 40, de préférence entre environ 20 et environ 30, du diamètre du tube. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la dilatation locale concerne une -longueur de tube égale à n fois le diamètre du tube, n étant compris entre 1 et 4, de préférence compris entre 1 et 3. 5. Procédé selon l-'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on réalise plusieurs dilatations locales réparties dans la hauteur du tube. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caracté- risé par le fait que ladite pression est régulièrement répartie sur la périphérie du tube et est comprise entre 250 et 500 bars. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on remplit totalement ou partiellement le tube après dilatation pour conserver la portance du tube au droit des zones dilatées et éviter des ruptures par flambement. 8. Dispositif pour dilater localement un tube métallique creux enfoncé dans un terrain pour servir de pieu de fondation, caractérisé par le fait qu'il comporte une cellule apte entre descendue à l'intérieur du tube et constituée d'une âme rigide allongée servant de support à une gaine souple et dilatable entourant cette âme de façon étanche, des moyens pour descendre la cellule dans le tube à l'emplacement voulu pour la dilatation et des moyens pour introduire entre l'âme et le tube un fluid.e de gonflage de la gaine. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la paroi de la gaine est constituée de deux enveloppes élastiques allongées entre lesquelles sont intercalées des lamelles d'armature non jointives disposées selon la longueur de la gaine et réparties sur le pourtour de la gaine. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les lamelles se chevauchent comme des aubes. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les lamelles sont intercalées suivant deux couches cylindriques0