Brevet FR2423592A1 — publié le 19791116

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé et un dispositif d'ancrage d'un socle sur un fond sous-marin. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'ancrage d'une embase d'une colonne fixe ou articulée, sur un fond sousmarin. On sait que lorsque le sol du fond sous-marin a une consistance superficielle molle, celui-ci ne peut servir comme fondation simplement gravitaire à l'embase de la colonne. Il est alors nécessaire de fonder cette embase sur des pieux qui peuvent être "flottants", c'est-à-dire essentiellement porteurs par flottement latéral, ou foncés jusqu'à un sol sous-jacent de consistance plus dure assurant une portance suffisante à la pointe du pieu. Ces pieux sont par exemple constitués dtun tube métallique, ouvert ou non à la partie inférieure, et peuvent Outre par exemple au moins au nombre de quatre lorsque embase est sensiblement carrée et disposés aux angles de ladite embase ou bien être disposés sur toute la périphérie d'une embase polygonale ou circulaire. Jusqu'à présent, la méthode la plus couramment utilisée pour enfoncer les pieux consiste à effectuer un battage des pieux au moyen d'un marteau. Le marteau agit sur le pieu luimême si celui-ci est suffisamment long pour que sa tête émerge (par exemple dans le cas où la profondeur est faible) ou sur un élément prenant appui sur la t8tf. du pieu lorsque ladite tette se trouve sous l'eau. Il est également possible d'utiliser un marteau spécial fonctionnant sous seau, en particulier, dans le cas où la fondation se situe en eau profonde. Mais, dans tous les cas, l'enfoncement précité des pieux par battage est une opération conteuse, car elle exige la mobilisation d'un engin flottant de soutien du marteau pour une opération somme toute limitée. En outre, cet engin reste difficilement en position immobile lorsque la mer est houleuse ou dans le cas de marées, ce qui complique de manière importante l'opération de battage. Egalement, 11 opération de mise en place d'un marteau sur une tette de pieu sous-marine est délicate. On doit encore noter que le nombre de pieux pouvant Outre élevé le battage de tous les pieux constitue une opération fort longue, ce qui est particulièrement désavantageux. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités en fournissant une solution qui permette de foncer les pieux de manière relativement rapide, quelles que soient les conditions de la mer et la profondeur au site d'ancrage, tout en étant d'un faible coût. Cette solution doit ètre de préférence également de conception particulièrement simple. La solution consiste, selon la présente invention, en un procédé d'ancrage d'un socle, en particulier d'une embase d'une colonne fixe ou articulée, sur un fond sous-marin, ayant une consistance superficielle molle, comportant l'emploi d'éléments d'ancrage, tels que des pieux, que l'on enfonce dans le sol du fond sous-marin jusqu'à une profondeur suffisante dans le sol sous-jacent de consistance plus dure, caractérisé en ce qu'on dispose préalablement chaque élément d'ancrage dans le socle de façon à autre guidé par celui-ci et à dépasser en dessous de celui-ci en étant provisoirement retenu en position relevée, on amène le socle par flottaison sur le site d'ancrage, on ballaste le socle pour le faire couler jusqu'au fond en permettant ainsi à la partie dépassante de chaque élément d'ancrage de s'enfoncer dans la couche superficielle molle du fond sarin,puis on applique directement et individuellement à chaque élément d'ancrage un effort d'enfoncement continu engendré directement sur le socle en provoquant ainsi la cessation de la retenue provisoire des éléments d'ancrage et leur enfoncement à la profondeur désirée et l'on solidarise ensuite les éléments d'ancrage avec ledit socle. De préférence, la solidarisation précitée des éléments d'ancrage avec le socle a lieu par liaison adhérente au moyen d'une injection d'un liant tel qu'un lait de mortier. Selon une caractéristique particulière de ce procédé, on détermine la force portante des éléments ancrage en mesurant directement l'intensité de l'effort d'enfoncement appliqué. Selon une autre caractéristique de ce procédé, on détermine le poids du socle de façon à être au moins égal ou supérieur à l'effort total maximal d'enfoncement exercé sur au moins une partie des éléments d'ancrage à la fois. Selon encore une caractéristique de ce procédé, on ballaste provisoirement le socle jusqu'à obtenir un poids total de la structure supérieur à la charge prévue en service, dans un rapport correspondant au coefficient de sécurité recherché, et en ce qu'on exerce un effort total, sur au moins une partie des éléments d'ancrage à la fois, de valeur comprise entre le poids total de la structure ballastée et la charge en service prévue, ce qui permet d'essayer et d'éprouver les éléments d'ancrage. Avantageusement, l'effort d'enfoncement précité est constitué par la force de pression d'un fluide hydraulique, tel que de préférence de l'eau. Ainsi, ce procédé permet d'éprouver la fondation avant -sa mise en service. De même, la force portante d'un pieu est mieux connue car elle a été mesurée directement tandis qu'auparavant il fallait la calculer au moyen d'une formule de battage dont l'application laissait toujours beaucoup d'incertitudes. Egalement, à la sécurité plus grande précitée correspond une bien plus grande facilité d'exécution surtout dans le cas de mers agitées et/ou profondes. La présente invention concerne également un dispositif pour l'exécution du procédé précité, en particulier pour ancrer une embase d'une colonne fixe on articulée sur un fond marin avec des éléments d'ancrage, tels que des pieux, enfoncés dans le sol sous-marin à travers des ouvertures pratiquées dans le socle, caractérisé en ce qu'il comprend une gaine solidaire du socle à l'intérieur de laquelle est disposé au moins en partie l'élément d'ancrage précité, ladite gaine étant fermée à son extrémité supérieure pour constituer le cylindre d'un vérin de fonçage à fluide sous pression de préférence hydraulique dont la tige de piston est constituée par l'élément d'ancrage, tandis que le piston du vérin est formé par la tête dudit élément d'ancrage, ledit dispositif comprenant en outre des moyens d'amenée dudit fluide hydraulique. van- tageusement, la tata de lsélément d'ancrage comprend un racleur d'oléoduc connu en soi. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, représentant un mode de réalisation actuellement préféré d'un dispositif selon la présente invention donné simplement à titre d'exemple.Dans les dessins - la figure 1 est une vue en élévation d'un mode- de réalisation d'un dispositif selon la présente invention, avec arrachement partiel montrant la position de la tête des éléments d'ancrage avant leur enfoncement dans un sol de consistance plus dure; - la figure 2 est une vue en élévation du mode de réalisation représenté à la figure 1, avec arrachement partiel montrant la position des éléments d'ancrage après leur enfoncement dans le sol de consistance plus dure; - la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale de la gaine enfermant l'élément d'ancrage, dans la position enfoncée représentée à la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale, agrandie de la partie IV de la figure 3; - la figure 5 est une vue agrandie de la partie V de la figure 3;; - la figure 6 représente une vue de dessus schématique d'une embase carrée comportant des éléments d'ancrage à chaque angle; - la figure 7 représente une vue de dessus schématique d'une embase polygonale comportant des éléments d'ancrage à chaque angle. En référence aux figures 1 et 2, un dispositif d'ancrage d'un socle 1, en particulier une embase d'une colonne 2 fixe ou articulée sur un fond marin 3, 4 ayant une consistance superficielle molle (fond sous-marin 3), comprend des éléments d'ancrage tels que les éléments 5, 6,par exemple des pieux, qui sont enfoncés dans le sol sous-marin sous-3acent 4 de consistance plus dure (voir fixe 2) à travers des ouver- tures 7 (voir figures6 et 7) pratiquées dans le socle 1. Ce dispositif d'ancrage est caractérisé selon la présente invention en ce qu'il comprend une gaine 8, 9, solidaire du socle 1 à l'intérieur de laquelle est disposé au moins en partie l'élément d'ancrage 5, 6, respectivement. La gaine 8, 9 est fermée à son extrémité supérieure 10, 11, pour constituer le cylindre d'un vérin de fonçage à fluide sous pression de préférence hydraulique dont la tige de piston est constituée par l'élément d'ancrage 5, 6, tandis que le piston du vérin est formé par la tette 12, 13 dudit élément d'ancrage 5, 6, respectivement. Ce dispositif comprend en outre des moyens d'amenée 14, 15 dudit fluide hydraulique. Avantageusement, la tette 12, 13 de l'élément d'ancrage 5, 6, respectivement,comprend un racleur d'oléoduc 16 (voir figure 4) qui comporte par exemple des coupelles 17, 18 en matière élastiquement déformable procurant une étanchéité satisfaisante pour des pressions telles que celles exercées et qui peuvent autre par exemple de Tordre de 50 bars. Selon une caractéristique particulière de ce dispositif, les éléments d'ancrage tels que 5, 6, sont constitués par des tubes métalliques creux (voir figure 4) comportant avantageusement au moins un orifice d'évacuation d'eau 19 au voisinage de la tette 12 de l'élément d'ancrage So La gaine 8 comporte également au moins un trou d'évacuation d'eau 20 (voir figure 3) ménagé par exemple au voisinage du socle 1. Ainsi, l'emploi du racleur d'oléoduc 16 permet de compenser les irrégularités de forme de viroles métalliques non usinées telles que celles utilisées pour la fabrication des pieux 5, 6 et des gaines 8, 9. L'emploi des racleurs 16 permet donc d'utiliser des tubes bruts de fabrication ce qui constitue un avantage économique important. Selon une autre caractéristique de ce dispositif, chaque gaine 8, 9 a son extrémité inférieure 21, 22 encastrée dans l'ouverture correspondante 7 de traversée du socle 1. Avantageusement, la gaine 8, 9 comprend au voinage de son extrémité inférieure 21, 22 des moyens de fermeture 23 de l'espace annu laird24 défini entrela gaine 8 et l'élément d'ancrage 5 tels que des Joints 25 radialement gonflables (voir figure 3), comme ceux utilisés dans l'industrie pétrolière, répartis circonférentiellement à l'intérieur de la gaine 8, comme on le voit clairement à la figure 5. Selon encore une autre caractéristique de ce dispositif, celui-ci comprend des moyens 26 d'introduction d'un liant de chaque élément d'ancrage 5, 6 à la gaine 8, 9,respectivement, tel qu'un lait de mortier 27, aboutissant à la gaine 8, 9 au-dessus des moyens de fermeture 23 de l'espace annulaire 24 et à un niveau inférieur à celui atteint par la tête 12 de l'élément d'ancrage 5, 6 dans sa position d'enfoncement maximal, qui est représentéeplus en détail à la figure 3. Selon une autre caractéristique particulière de ce dispositif, celui-ci comporte des capacités de ballastage 28, 30. Le socle peut être avantageusement de forme polygonale, de préférence régulière, comme celles représentées aux figures 6 et 7. Ce dispositif comprend alors plusieurs paires de systèmes gaine-élément d'ancrage dont les composants de chaque paire sont situés mutuellement en regard à deux sommets opposés du polygone, c'est-à-dire à la position des ouvertures 7 du socle 1 représentées aux figures 6 et 7. Dans le cas particulier où le socle 1 constitue une embase d'une colonne 2 fixe ou articulée, la colonne peut autre fixée préalablement à l'embase avant son installation sur le site d'exploitation. Dans ce cas, les moyens d'amenée 14, 15 de fluide d'alimentation des vérins comprennent des conduites 14a, 15a supportées au moins en partie par la colonne 2, les canalisations 31, 31a d'alimentation en fluide de gonflage des joints gonflants 23 et les canalisations 32 d'inJection de liant 27 sont aussi supportées au moins en partie par la colonne De même, des conduites 33, 34 de prise de pression à l'intérieur des gaines 8, 9 sont au moins en parties supportées par la colonne 2. Avantageusement, chaque gaine 8 comprend des moyens de repérage 35 extérieurement visibles de la position de la tette 12 de l'élément d'ancrage 5 à l'intérieur de la gaine 8, tels qu'un câble, ou fil dont on mesure la longueur d'enfon- cément. Selon-encore une autre caractéristique de ce dispositif celui-ci comprend des moyens 36 de-retenue provisoire, frangines de chaque élément d'ancrage 5, 6 dans sa gaine 8 associée en position initiale relevée. Le fonctionnement de ce dispositif ci-dessus décrit est le suivant, en référence plus particulièrement aux f-igures 1 et 2 On dispose préalablement chaque élément d'ancrage 5, 6 dans le socle 1 de façon à autre guidé par celui-ci et à dépasser en dessous de celui-ci en-étant provisoirement retenu en position relevée par les moyens 36, comme représenté à la figure 1. On amène le socle 1 par flottaison sur le site d'ancrage. Lorsque le socle I constitue une embase d'une colonne, la colonne 2 peut autre fixée préalablement à l'embase avant son installation sur le site d'exploitation. On ballaste alors le socle 1 à l'aide des capacités de ballastage 28, 30 et, éventuellement, on ballaste la colonne 2, pour faire couler le socle jusqu'au fond 3 en permettant ainsi à la partie dépassante Sa, 6a de chaque élément d'ancrage 5, 6 de s'enfoncer dans la couche superficielle molle 3 du fond marin puis on applique directement et individuellement à chaque élément d'ancrage 5, 6 un effort d'enfoncement continu engendré directement sur le socle 1 en provoquant ainsi la cessation de la retenue provisoire 36 des éléments d'ancrage et leur enfoncement à la profondeur désirée dans le sol sous Jacent de consistance plus dure- 4,comme représenté à la figure 2. Ensuite, l'on solidarise les éléments d'ancrage 5, 6 avec le socle 1. Avantageusement, la solidarisation des éléments ancrage 5, 6 avec le socle a lieu par liaison adhérente au moyen d'une injection d'un liant 27 tel qu'un lait de mortier, réaliseepar les moyens 26 dans l'espace annulaire 24 défini entre l'élément d'ancrage 5, 6, la gaine 8, 9 associée, la tête 12, 13 de l'élément d'ancrage 5, 6 et les Joints 25 préalablement gonflés, comme représenté aux figures 3 à 5. Selon une caractéristique préférentielle, l'effort d'enfoncement précité est constitué par la force de -pression d'un fluide hydraulique, tel que de préférence de l'eau, notamment de l'eau de mer pompée par les conduites 14a, 15a soit à partir de la tette de la colonne 2, soit à partir d'un navire de travail qui peut etre amarré à la colonne 2 lorsque celle-ci est présente. On doit noter que les orifices d'évacuation d'eau 19 et 20 ménagés, respectivement dans,l'élément d'ancrage 5, 6, au voisinage du racleur 16 et dans la gaine 8, 9, au voisinage du socle 1, permettent à l'eau enfermée à l'intérieur de ltélément d'ancrage 5, 6, avant qu'il ne pénètre le sol, de s'échapper par 1'espace annulaire 24 -- qui est défini entre le piston et le cylindre du vérin hydraulique formé. Avantageusement, on détermine la force portante des éléments d'ancrage 5, 6 en mesurant directement l'intensité de l'effort d'enfoncement appliqué. Selon une autre caractéristique de la présente invention, on détermine le poids du socle 1 de façon à être au moins égal ou supérieur à l'effort total maximal d'enfoncement exercé sur au moins une partie des éléments d'ancrage à la fois, lequel doit permettre de vaincre la résistance à l'enfoncement du sol sous-jacent 4 de consistance plus dure. Ainsi, cela permet d'éviter de soulever le socle par réaction lorsqu'on exerce cet effort total d'enfoncement sur au moins une partie des éléments d'ancrage à la fois, Selon encore une autre caractéristique de la présente invention, on ballaste provisoirement le socle 1, gracie aux capacités de ballastage telles que 28, 30 jusqu'à obtenir un poids total de la structure (socle 1 plus éventuellement la colonne 2) supérieur à la charge prévue en service dans un rapport correspondant-au coefficient de sécurité recherché On exerce ensuite un effort total, sur au moins une partie des éléments d'ancrage à la fois, de valeur comprise entre le poids total de la structure ballastée et la charge en service prévue, ce qui permet d'essayer et d'éprouver les éléments d'ancrage. Ainsi, la fondation est éprouvée avant sa mise en service. En outre, on connatt davantage la force portante de chaque élément d'ancrage car elle est mesurée directement par rapport auscalculs antPrieurement nécessaires au moyen d'une formule de battage dont 1application laisse toujours de nombreuses incertitudes. Dans le cas particulier où le socle 1 a une forme poly gonale de préférence régulière comportant des éléments d'ancrage au moins à chaque sommet du polygone, comme repré senté aux figures 6 et 7, les efforts précités sont appliqués successivement sur chaque paire d'éléments d'ancrage disposée aux extrémités d'une diagonale D ou D1 du polygone passant par son centre de symétrie. On peut donc constater que l'ancrage d'un socle sur un site sous-marin est réalisé selon la présente invention avec une sécurité plus grande par rapport aux ancrages selon l'art antérieur. En outre, cet ancrage peut être réalisé avec une très grande facilité d'exécution quel que soit l'état de la mer ou sa profondeur à ltendroit du site d'ancrage, ce qui est particulièrement avantageux. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nta été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, la forme du socle peut être quelconque, et notamment ronde. Ainsi, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit et dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'ancrage d'un socle, en particulier une embase d'une colonne fixe ou articulée, sur un fond sousmarin ayant une consistance superficielle molle, comportant l'emploi d'éléments ancrage, tels que des pieux, que l'on enfonce dans le sol du fond sous-marin jusqu'à une profondeur suffisante dans un sol sous-jacent de consistance plus dure, caractérisé en ce qu'on dispose préalablement chaque élément d'ancrage dans le socle de façon à être guidé par celui-ci et à dépasser en dessous de celui-ci en étant provisoirement retenu en position relevée, on amène le socle par flottaison sur le site d'ancrage, on ballaste le socle pour le faire couler jusqu'au fond en permettant ainsi à la partie dépassante de chaque élément d'ancrage de s'enfoncer dans la couche superficielle molle du fond marin, puis on applique directement et individuellement à chaque élément d'ancrage un effort d'enfoncement continu engendré directement sur le socle en provoquant ainsi la cessation de la retenue provisoire des éléments d'ancrage et leur enfoncement à la profondeur désirée et l'on solidarise ensuite les éléments d'ancrage avec ledit socle. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solidarisation précitée des éléments d'ancrage avec le socle a lieu par liaison adhérente au moyen d'une injection d'un liant tel qu'un lait de mortier. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on détermine la force portante des éléments d'ancrage en mesurant directement l'intensité de effort d'enfoncement appliqué. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine le poids du socle de façon à être au moins égal ou supérieur à l'effort total maximal d'enfoncement exercé sur au moins une partie des éléments d'ancrage à la fois. 5.- Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on ballaste provisoirement le socle précité jusqu'à obtenir un poids total de la structure supérieur à la charge prévue en service, dans un rapport correspondant au coefficient de sécurité recherché, et en ce qu'on exerce un effort total sur au moins une partie des éléments d'ancrage à la fois, de valeur comprise entre le poids total de la structure ballastée et la charge en service prévue,ce qui permet d'essayer et d'éprouver les éléments d'ancrage. 6.- Procédé selon l'une des revéndications précédentes, pour embase d'une colonne fixe ou articulée à forme polygonale, de préférence régulière, comportant des éléments d'ancrage au moins à chaque sommet du polygone, caractérisé en ce que les efforts précités sont appliqués successivement sur chaque paire d'élément d'ancrage disposée aux extrémités d'une diagonale du polygone passant par son centre de symétrie. 7.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'effort d'enfoncement précité est constitué par la force de pression d'un fluide hydraulique, tel que de préférence de l'eau. 8.- Dispositif pour ltexécution du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, en particulier pour ancrer une embase d'une colonne fixe ou articulée sur un fond marin avec des éléments d'ancrage, tels que des pieux, enfoncés dans le sol sous-marin à travers des ouvertures pratiquées dans le socle, caractérisé en ce qu'il comprend une gaine solidaire du socle à l'intérieur de laquelle est disposé au moins en partie lZélément d'ancrage précité, ladite gaine étant fermée à son extrémité supérieure pour constituer le cylindre d'un vérin de fonçage à fluide sous pression de préférence hydrau lique dont la tige de piston est constituée par 11 élément d'ancrage, tandis que le piston du vérin est formé par la tête dudit élément d'ancrage, ledit dispositif comprenant en outre des moyens dlamenée dudit fluide hydraulique. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la tête de l'élément d'ancrage comprend un racleur d'oléoduc connu en soi. 13. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les éléments d'ancrage sont constitués par des tubes métalliques creux comportant avantageusement au ms orifice d'évacuation d'eau au voisinage de la tête dudit élément d'ancrage, la gaine comportant également au moins un trou d'évacuation d'eau ménagé par exemple au voisinage du socle. 11.- Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que chaque gaine a son extrémité inférieure ouverte encastrée dans 1'ouverture correspondante de traversée du socle. 12.- Dispositif selon 12une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la gaine comprend au voisinage de son extrémité inférieure des moyens de fermeture de l'espace annulaire défini entre la gaine et l'élément d'ancrage tels que des joints radialement gonflables répartis circonféren tiellement à l'intérieur de la gaine. 13.- Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé an ce qu'il comprend des moyens d'introduction d'un liant de chaque élément d'ancrage à la gaine, tel qu'un lait de mortier, aboutissant à la gaine au-dessus des moyens de fermeture de l'espace annulaire et à un niveau inférieur à celui atteint par la tête de l'élément d'ancrage dans sa position d'enfoncement maximal. 14.- Dispositif selon l'une des revendications 8 à 13, à socle de forme polygonale de préférence régulière, comportant des capacités de ballastage, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs paires de systèmes gaine-élément d'ancrage, les composants de chaque paire étant situés mutuellement en regard à deux sommets opposés du polygone. 15.- Dispositis selon l'une des revendications 8 à 14, pour colonne fixée préalablement à embase avant son installation sur le site d'exploitation, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de fluide dtalementation des vérins comprennent des conduites supportées au moins en partie par la colonne, les canalisations d'alimentation en fluide de gonflage des joints gonflants et les canalisation d'inJection de liant sont aussi supportées au moins en partie par la colonne. 16.- Dispositif selon 1:use des revendications 8 à 15, caractérisé en ce que chaque gaine comprend des moyens de repérage extérieurement visibles de la position de la tête de ltélément d'ancrage à l'intérieur de la gaine. 17.- Dispositif selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de retenue provisoire , frangibles, de chaque élément d'ancrage dans sa gaine associée en position initiale relevée.