Brevet FR2446896A1 — publié le 19800814

La présente invention concerne un procédez et un dispositif d'installation en place (avec mise en tension et ancrage) d'un tirant en site marin pratiquement inaccessible, ceci afin de rdduire, voire d'annuler toute intervention humaine directe pour cette opération complexe. I1 convient, en effet,de créer un forage, de mettre en place dans celui-ci le tirant et de l'y sceller, d'4difier un massif d'appui i la sortie du forage et enfin de mettre le tirant en tension et de l'ancrer en prenant appui sur ce massif. De tels tirants sont destinés i permettre l'installation, en site maritime profond, d'axerrages à haute rsistance, destinés i des rdservoirs, des plateformes de forage pUtrolier, des soles flottantes, etc. On sait que l'ancrage d'un tirant (câbles à fils parallèles ou toronnés, ou bien barre cylindrique) scellez au fond d'un forage nécessite l'établissement, à la sortie de ce forage, d'un massif comportant une surface telle qu'en y prenant appui) et en sai sassant le tirant avec des moyens appropriEs, il soit possible d'exercer sur celui-ci un effort de traction pur, autrement dit n'y développant aucune contrainte parasite transversale nuisible. On sait aussi queXpour fournir cet effort) OR- utilise usuellement des engins du type vérin hydraulique, après quoi l'effort de traction axial, se traduisant par un allongement élastique du tirant, est conservé, par exemple au moyen d'un calage entre la surface d'appui et une tête solidaire du tirant. Ces techniques, parfaitement mattrisées, sont d'application courante dans les sites usuels où l'homme peut intervenir. I1 n'en est plus de même lorsque l'intervention humaine entrain (lorsqu'elle est possible) des risques importants, en nécessitant des équipements spéciaux et une durée d'intervention limitée. L'invention apporte des moyens destinds à rendre minimale et éventuellement nulle l'intervention humaine pour la mise en place d'un tirant, sa mise en tension et son ancrage dans un forage exécuté en fonction des besoins. Le procédé selon l'invention consiste, au préalable, à fixer en un point du tirant, destiné à être proche de l'orifice du forage, une tête entourant symétriquement ledit tirant, tête comportant, du côté du forage, un agencement régulièrement réparti de vérins hydrauliques perdus et terminée vers le forage par une surface au moins sensiblement symétrique autour de son axe, après quoi, le tirant mis en place dans le forage y étant scellé, on coule entre ladite surface symétrique et l'orifice du forage, avec un produit durcissable, un massif rerplissant autour du tirant, sans contact avec celui-ci, l'espace compris entre ladite surface et ledit orifice puis, après durcissement dudit produit, on fait agir lesdits vérins au moyen d'un fluide durcissable sous pression en maintenant ladite pression jusqu' & durcissement de ce fluide. Dans une telle réalisation, le durcissement du preduit coulé permet å l'agencement de vérins d'assurer sur le tirant, une traction centrée sur l'axe de celui-ci i sa sortie de la tête, traction qui est conservée par le durcissement du fluide qui a été utilisé pour le remplissage des capacités de volume variable desdits vérins, de sorte que la mise en tension de ce tirant sous un effort déterminé est obtenue. Pour permettre une mise en oeuvre entièrement aveugle de l'invention, il est avantageux de procéder comme suit 2 Le forage ayant Ote exécuté, de manière connue, avec un trépan entrain par un train de tiges, puis tubé au fur et à mesure de l'avancement, ce train de tiges est utilisé pour le guidage de la descente d'un tube-guide destiné à s'engager dans l'entrée du tubage. Ce tube-guide de préférence évasé vers l'ex térieur, est solidaire dune carcasse d'armatures aménagée pour prendre appui sur le fond en étant supportée à la descente par des câbles. Une preziEre coulée de béton englobant une partie des area- tures permet alors de lester cet ensemble en le fixant au fond. Ainsi les cibles peuvent être raidis et, après démontage du train de tiges,peuvent servir au guidage de la descente du tirant équi- pé de sa tête, tirant dont l'extrémité s'engage dans le forage en y étant conduite par l'évasement du tube-guide. Une seconde coulée de béton, englobant au moins la surface symétrique de la tAtelcomplbte le massif rigide sur lequel les vérins prendront appui pour la mise en tension du tirant après scellement de celui- ci au fond du forage. Ces équipements et opérations peuvent suffire pour la mise en place d'un tirant rectiligne et vertical. Pour des tirants formés par l'extrémité inférieure verticale d'un câble qui, traversant la tête, est destiné à permettre un barrage oblique, la tête doit former un angle important avec le tirant et l'origine, à partir de la tête, de la portion de cible constituant le tirant, doit être enfermée dans un fourreau courbe permettant le glissement du cible à la mise en tension, four reauraccordé à la tête et engagé dans le tube guide. Dans ce cas, un berceau est nécessaire pour porter la tête lors de la mise en place du tirant; ce berceau peut être mis en place avec la carcasse ou avec le tirant lui-même.De plus, la tête, inclinée éven- tuellement jusqu'd l1horizontale,doit être enfermée dans une enveloppe, dans laquelle elle peut coulisser pour permettre l'expansion des vérins, enveloppe qui permet de l'enfouir entièrement dans le béton coulé, lors de la seconde opération, afin de réaliser un massif présentant pour la tête une surface d'appui suffi sarment résistante pour permettre l'action des vérins. Afin de réduire la masse de béton coulé dans les deux opérations, des coffrages périphériques avantageusement cylindriques, entourant respectivement la carcasse et la tête, peuvent être descendus en même temps que celles-ci. Le premier coffrage peut être pourvu b sa base d'une jupe de grillage pour son adaptation au sol du fond afin de limiter les risques de dispersion du béton coulé. Le second,solidaire de la tête peut être aménagé pour s'adapter sur le premier afin de guider la mise en place de la tête sur son berceau. Dans certains cas) par exemple lorsque le fond présente exceptionncllement une pente accentue, le premier coffrage peut être accroché à la carcasse pour se dérocher en touohantlefaid. Le procédé selon l'invention permet l'exécution de massifs d'amarrage ou corps morts rendus solidaires du fond de la mer par un ou plusieurs tirants mis en place par le procédé selon l'in- vention. Dans la forme préférentielle de réalisation de l'invention, en cas de forages marins, la tête n'est pas fixée à l'extrémité du tirant mais en un point intermédiaire de celui-ci de fa çon que la partie de tirant, un cabale en l'espèce, extérieure au forage puisse être directement utilisée comme câble d'amarrage, soit verticalement, soit obliquement lorsque le corps à amarrer, destiné à être rigoureusement immobilisé, est le centre d'amarrages rayonnants.On évite ainsi l'obligation de fixer au corps mort un ou plusieurs cibles d'amarrage indépendants du ou des tirants qui ancrent ce corps au fond marin. Le dessin annexé montre comment l'invention peut être mise en oeuvre. Sur ces dessins : - la figure 1 est une élévation schématique et simplifiée avec coupe partielle d'une structure amarrée conformément au procédé selon l'invention ; - la figure 2 est la coupe axiale d'une tête fixée sur un tirant plurifilaire ou pluritoron ; - les figures 3, 4 et 6 montrent les étapes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans sa forme la plus dlaborde t - la figure 5 est une vue suivant V-V de la figure 4 ; - la figure 7 montre une réalisation simplifiée dans le cas d'un tirant -rectiligne. Sur la figure 1, grâce à l'ancrage a qui peut être d'un modèle classique quelconque, la structure A est amarrée au fond B d'un sol marin par un câble Ce Ce câble est par exemple constitué par une pluralité de brins, c'est-b-dire de fils d'acier ou de torons de tels fils, lesquels peuvent être parallèles ou toronnés dans leur ensemble. Le câble C traverse une tête D, détaillée dans la suite et dont il est solidaire, et son prolongement C1 est engagé jusqu'au fond d'un forage E, pratiqué dans ce sol, lequel a, au besoin, été préalablement décapé. Ce forage pourrait aussi être pratiqué-d'a- vance dans un corps mort massif immergé. Sur une certaine hauteur h, les brins constitutifs du câble sont dénudés de façon & être scellés par injection, en fond de forage E, d'une matière fluide durcissable telle que du mortier de ciment ou une résine chargée. Au-dessus de cette hautaur h, les brins sont graissés ou enrobés de brai par exemple et, de préférence, enveloppés dans des gaines étanches, par exemple en matière plastique souple qui les protègent contre la corrosion. Ainsi le forage peut être entière- ment injecté avec la matière fluide durcissable sans empêcher la mise en tension, donc un certain allongement plastique, du tirant dans sa ou ses gaines. Le forage)dont la paroi interne est revêtue d'un tubage t > a reçu à son entrée, un tube-guide 1 prolongé vers le haut par la collerette conique la, sur laquelle peut venir, à la mise en place du tirant, reposer la tête D, et par une enveloppe lb de cette tête. Pour faciliter, lors de la mise en place du tirant, le centrage de celui-ci, la tête D peut être solidaire d'un fourreau 2, qui pénètre coaxialement dans le tube-guide 1. Comme expliqué plus loin, le tube-guide est de préférence solidaire d'une carcasse métallique mécano-soudée E. Cette carcasse est englobée dans un massif F formé de béton coulé dans un coffrage G qui l'entoure. Ainsi, lors de la mise en tension, la face inférieure D1 de la tête D prend appui contre la surface, du massif F, moulée au contact de la cdRerette la. Après durcissement, en effet, cette masse F forme pour la tête D un calage d'épaisseur résistant, déterminant une surface, symétrique par rapport à l'axe du tirant, sur laquelle on peut prendre appui pour la mise en tension du tirant et pour conserver ultérieurement cette mise en tension. A cette fin, dans la tête D, la portion la plus proche de l'extrémité scellée du cible enferme, comme schématisé par les flèches f, un mécanisme de vérins hydrauliques perdus, répartis annulairement autour de l'axe du tirant, vérins dans lesquels est injecté sous pression un liquide durcissable (résine, coulis de ciment) pour la mise en tension du tirant scellé à sa base. Au-dessus de ces vérins, dans la région b, le tirant est rendu solidaire de la tête, par exemple, lorsque la tête est en béton et que le tirant est un cabale, par adhérence des fils con venablement dénudés, ou bien par l'intermédiaire d'ancrages individuels ou collectifs noyés dans la masse de la tête en béton D. Le tirant peut ne pas s'étendre au-delà de la région b; dans ce cas le massif F fortement ancré au fond marin peut comporter, noyés dans ce massif à la coulée du béton, un ou plusieurs moyens de fixation pour des amarres quelconques indépendantes du tirant. De préférence, comme représenté, le tirant étant un ciblez celui-ci sort de la tête D du ctté opposé au forage et s'étend jusqu'au corps A à amarrer. On évite ainsi toute difficulté de fixation d'amarres au massif F. La figure 2 détaille une réalisation possible de tête D et les figures 3, 7 la mise en oeuvre de câbles munis d'une telle tête. La tête D est en béton et de forme générale cylindricoconique. Le volume moulé de béton constituant cette tête est renforcé par des armatures 4, essentiellement des frettes circulaires auxquelles s'ajoutent accessoirement des nappes transversales de fers 5 et des armatures longitudinales 6. Le mécanisme de vérins f est formé par une pluralité de vérins annulaires plats 7 constitués, de manière bien connue en soi, par deux anneaux plats de tôle que raccordent, à l'intérieur comme à l'extérieur, des tores, également en tôle; chaque espace interne fermé de vérin est raccordé par des ajutages à deux canalisations 8,l'une pour la mise en pression du vérin plat avec le liquide durcissable, l'autre pour la purge de ce vérin. La zone de la tête D qui enferme ces vérins est entourée d'une paroi 9 en acier, cylindrique qui permet et guide l'expansion des vérins plats lors de leur gonflage.L'utilisation d'une pluralité de tels vérins plats autorise en outre la mise en tension en plusieurs étapes du tirant, éventuellement en service, en protégeant l'accès à une ou plusieurs canalisations 8. Le fourreau 2 qui enferme le cible C est raccordé à une enveloppe 2a non adhérente qui permet à la tête de s'allonger librement lors du gonflement des vérins plats. Les brins individuels 11 du cible C1 (fils ou torons) traversent les ouvertures d'une plaque perforée 10 qui ferme l'ouverture du cable. supérieure du gainage/Au-dessus de cette plaque les brins 10 sont dénudés, dégraissés, épanouis dans la masse du béton de la tête pour être liés par adhérence & cette masse; jointe à la courbure d'épanouissement imposée aux brins 11, cette adhérence peut suffire à la solidarisation du cIble C et de la tête D. Pour parfaire cette solidarisation, on peut sertir à la presse sur ces brins des manchons 12 ou une pluralité de bagues, ou encore fixer, sur chaque brin, un ancrage individuel connu, à clavettes par exemple, tous compléments qui, noyés dans le béton de la tête, contribuent à empêcher le glissement desdits brins. On peut aussi ne pas dénuder les portions de brins intérieures à la tête et se contenter de les y ancrer par les compléments de liaison indiqués, mis en place à travers les gaines de protection. Lorsque le câble sert à l'amarrage, au-deli de leur liaison avec le béton de la tête, les brins de câble sont de nouveau rassemblés en faisceau pour former la partie C2 de câble. Afin de permettre la sortie de la têtes une variation d'orien- tation du câble, cette partie traverse à l'intérieur de la têtes un manchon 14 dont le passage intérieur 14a est évasé vers l'extérieur avec une courbure progressivement croissante; contre les risques de corrosion, ce passage est rempli de matière protectrice plastique, telle que le brai ou la graisse, et fermé par une coiffe déformable 15. De tels agencements sont décrits en détail dans la demande de brevet français 77 39 871. Enfin les diverses canalisations 8 ainsi que la canalisation 8a permettant l'injection du forage sont, i la sortie de la tête 5, groupRes en un faisceau 30 de canalisations souples. Si le tirant est limité à la tête D et constitué par une ou plusieurs barres rigides, les ancrages intérieurs à la tête peuvent être par exemple des écrous vissés aux extrémités supérieures de ces barres ou bien des plaques soudées à ces extrémités. Pour parvenir au résultat montré schématiquement sur la figure 1, un trépan 16 (figure 3) entratné en rotation par le train de tiges 17 exécute d'abord le forage E progressivement garni d'un tubage t. Lorsque ce forage a la profondeur désirée, la tige 17 > maintenue en place)guide la descente d'un ensemble complexe soutenu par les câbles 18 qui, après le retrait de la tige 17, serviront à leur tour de guide pour la suite des opérations. L'ensemble complexe comprend le tube-guide 1 terminé vers le haut par la collerette en entonnoir la. Pour immobiliser ce tuba 1 en hauteur au-dessus du sol marin B, ce tube est solidaire de la carcasse K elle-m8me rigidement reliée au coffrage périphérique G. L'ensemble est porté par les cIbles 18 attachés aux oreilles 20; il repose sur le fond par des patins 19 qui entourent le forage E de façon i limiter le couple de renversement. Le bbti horizontal 22 maintenant l'ensemble supporte et guide en coulissement, pour permettre leur remontée progressive, les tuyaux 21 permettant la coulée sous l'eau de béton; ces tuyaux sont répartis autour du tube-guide 1. Enfin) la carcasse K supporte la charpente 33 pourvue, vers le haut, du berceau 33a pour la tête D etc vers le bas > des pieds 33b. Le coffrage G1 comporte à sa base une jupe de grillage 34 s'adaptant aux dénivelées du sol pour retenir le béton qui pourrait s'échapper. Lorsque l'ensemble est en place, le béton est envoyé par les tuyaux 21 formant l'amorce 26 du massif F, afin d'enfouir partiellement la carcasse K en treillis. Les patins 19 étant proches de l'orifice du forage et les fonds marins étant souvent plans et horizontaux, l'ensemble de la carcasse K et du tube guide est pratiquement équilibré; en outre les câbles 18 maintenus tendus empêchent le déversement de cet ensemble pendant. la coulée du bd- ton.Après prise du béton, la carcasse K se trouve calée en place et la masse immobilisée au fond est suffisante pour permettre le raidissement des cAbles-guides 18; le trépan et son train de tiges peuvent alors Store retirés0 Comme le montre la figure 4, un cadre 27, supportant un second coffrage annulaire G2 dans lequel est embottde la tête Dset enfermant aussi éventuellement une carcasse complémentaire K, est ensuite descendu le long des câbles tendus 18, grâce au câble de suspension 35 attaché au fourreau courbe 2 solidaire de l'enveloppe 2a de la tête D. Au besoin au moyen de contrepoids, l'ensemble est équilibré autour des points d'attache 35aw 35b. Pour être engagée avec certitude dans ltentonnoir la, l'extré- mité 29 pointue et épaissie du cible peut être maintenue par un cadre glissant 36. La portion C2 du câble située au-del & de la tête D peut être soutenue à la descente par des cables non représentés. Après descente complote du tirant et de la tête et du coffrage G2 qui les entoure, l'ensemble occupe la situation montrée par la figure 6 : la tête D est venue dans le berceau 33a, l'extrémité du fourreau 2 est engagée dans le tube-guide 1 et l'extrémité du tirant est voisine du fond de forage0 Au moyen des tuyaux 21, du béton est coulé pour remplir les coffrages G1 et G2 et enfouir partiellement la tête D; par la canalisation 8a (figure 2), le forage est aussi injecté avec du liquide durcissable. et du liquide d'injection du forage Après durcissement du massif F/, on met en pression les vérins plats par les canalisations 8, ce qui assure la mise en tension de la portion C1 du tirant. L'allongement de la tête est permis par son enveloppe 2a dans laquelle coulisse cette tête. Le travail étant ainsi achevé, les câbles 18 sont sectionnés (au besoin par une charge explosive mise d'avance en place) et ces câbles, ainsi que les tuyaux 21 et le faisceau 30 de canalisations, sont remontés à la surface. Il a été admis que le forage était vertical. Il est clair que le procédé s'applique également au cas de forages obliques, les cables 18 se trouvant alors orientés en parallele avec la tige du trépan pour le guidage du tirant. Comme le montre la figure 7, l'invention s'applique également en se simplifiant, lorsque la portion C1 est rectiligne et la tête D coaxiale à l'axe du forage. Dans ce cas, le berceau de repos de la tête D peut être constitué par la collerette la qui forme alors le coffrage de la surface d'appui de cette tête sur le massif F. La figure 7 montre aussi un agencement de coffrage G adaptable au cas de fonds marins assez fortement inclinés. La charpente K porte une couronne 23(en forme de zone équatoriale sphérique) sur laquelle le coffrage G est suspendu par les consoles 25. Lorsque le coffrage touche le fond,il se décroche et bascule pour adapter son bord inférieur à l'inclinaison du fond. L'invention s'applique spécialement aux forages sous-marins profonds situés au-delà des possibilités des plongeurs, forages destinés à recevoir des tirants pour l'amarrage de corps flottants de grande masse,qui qui doivent être immobilisés sans aucune dérive. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'installation en place d'un tirant de précontrain te tendu dans un forage pratiquement inaccessible, caractérisé par le fait que, en un point du tirant destiné à cotre proche de l'orifice du forage, est préalablement fixée une tOte entourant symétriquement ledit tirant, tête solidaire du côté du forage) d'un agencement régulièrement réparti de vérins hydrauliques per- dus > et terminée vers le forage par une surface au moi ns sensi- blement symétrique autour de son axe, après quoi, le tirant mii en place dans le forage y étant scellé, on coule entre ladite surface symétrique et l'orifice du forage un massif rigide avec un produit durcissable remplissant, autour du tirant et sans contact avec celui-ci, l'espace compris entre ladite surface et ledit orifice, puis, après durcissement dudit produitS on fait agir lesdits vérins au moyen d'un fluide durcissable sous pression en maintenant ladite pression jusqu'à durcissement de ce fluide. 2.- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le àit que, en un point du tirant destiné à être tendu dans le forege, est fixée une tête entourant le tirant, comprenant, du côté de cette tête tournée vers le forage, un agencement de vérins perdus régulièrement répartis autour du tirant et reliés b une source de fluide durcissable sous pression, la face de la tête tournée vers ledit forage étant cen trée symétriquement autour de l'axe du tirant. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la portion de tirant sortant de la tête pour être en gagé dans l'entrée dudit forage est entourée d'un fourreau rigide sur une longueur prédéterminée. 4.- Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'au moins ladite face de tête et la portion de celleci comprenant l'agencement de vérins sont entourées d'une enveloppe rigide libre par rapport à cette tête et raccordée au fourreau. 5.- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 avec le dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que > dans l'entrée du forage est engagé un tube-guide évase vers Icextérieur, destiné à recevoir le tirant, tube-guide solidaire vers son évasement d'une carcasse d'armatu- res du-massif rigide, comportant des patins d'appui sur le sol. 6.- Procédé selon la revendication 1,dans lequel le forage est exécuté au trépan en mettant en oeuvre le dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la tige de trépan est utilisée, avant démontage, pour la descente en place, au moyen de cabales, au moins du tube-guide et de la carcasse, après quoi le produit durcissable est partiellement coulé pour immobiliser la carcasse et la lester afin de pouvoir raidir les cibles et leur permettre de servir de guides à la descente au moins du tirant avec sa tête. 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'une partie du tube-guide du forage est aménagée pour recevoir ladite surface symétrique de la tête. 8.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la carcasse supporte un berceau destiné à recevoir la face latérale inférieure de la tête du tirant, tête formant un angle avec le tirant. 9.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la carcasse est entourée par un coffrage cylindrique rigide terminé à son bord inférieur par une jupe souple. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 7 et 8, caractérisé par le fait que le tirant avec sa tête sont solidaires d'une seconde carcasse et d'un coffrage complétant l'armature et le coffrage du massif rigide, afind'englober complètement l'enveloppe de la tête dans ledit massif rigide. 11.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la tête est moulée en béton et que le tirant est ancré au moins par adhérence dans ladite tête. 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le tirant est un câble dont les éléments sont épanouis à l'intérieur de la tête. 13.- Dispositif selon les revendications 11 et 12, caractérisé en ce que au moins un élément du tirant est rendu solidaire sans glissement possible d'un organe accroissant localement sa section et qui est noyé dans le béton de la tête. 14.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le mécanisme de vérins est constitué par un empilement, coaxial au tirant, de vérins annulaires plats, -c'est-à-dire d'enveloppes formées de deux anneaux plats de tôle reliés extérieurement et intérieurement par des tores soudés de tôle. 15.- Dispositif selon les revendications 2 et 14, caractérisé en ce que l'empilement de vérins plats est enfermé dans un cylindre rigide intégré à la tête. 16.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la carcasse est solidaire d'un cercle périphérique auquel est suspendu par des consoles intérieures un coffrage cylindrique dépassant, vers le bas en position suspendue, le niveau des patins d'appui de ladite carcasse.