Brevet FR2535281A1 — publié le 19840504

Hauban sous-marin à tirants en béton, notamment pour haubanage oblique L'invention concerne le haubanage d'un ouvrage sous-marin. On a déjà proposé d'utiliser des haubans, reliés à des corps morts ou à des corps d'ancrages enfouis, pour constituer l'ancrage d'un ouvrage tel qu'un tunnel routier ou ferroviaire immergé en eau salée ou douce, cet ouvrage flottant entre deux eaux avec une flottabilité positive en permanence. Un tel ancrage a pour but de limiter ou d'empêcher les déplace ments de cet ouvrage, généralement dans toutes les directions, grâce à l'utilisation de plusieurs haubans. Il est classique dans ce cas d'utiliser comme haubans des chaines, ou des câbles d'acier qui nécessitent la mise en oeuvre de puissants moyens de protection contre la corrosion. Ces moyens sont d'autant plus coûteux que leur efficacité dure plus long temps, de sorte qu'en général la durée de vie des haubans ne peut être prolongée que grâce à des frais d'entretien importants.De plus ces haubans sont soumis à des phénomènes de fatigue. C'est pourquoi on a proposé, par le document FR-A n0 2484 355 (SFP structures), un hauban sous marin apte à supporter sous l'eau un effort de traction variable et permanent. Ce hauban connu comporte une succession de tirants en béton précontraint dont chacun est muni d'articulations à ses deux extrémités pour éviter l'apparition d1efforts de flexion. La longueur cumulée de ces tirants forme au moins les deux tiers de la longueur du hauban. Une ligne souple est fixée à au moins une extrémité de la succession de tirants de manière à évite l'application d'effort de compression sur les tirants au cours de montage, et à faciliter le réglage de la longueur du hauban. Ce hauban connu présente, lorsqu'il est vertical, l'avantage que sa longueur augmente peu sous l'effort qui le tend. Mais lorsqu'il est disposé selon une direction oblique ou horizontale, il s'incurve sous son propre poids, ce qui présente l'ineonvénient de donner à l'ouvrage ancré à l'aide d'un tel hauban la possibilité d'un déplacement horizontal qui peut se révéler genant dans certaines utilisations. La présente invention a pour but de réduire les possibilités de déplacement horizontal d'un ouvrage ancré à l'aide d'un hauban sous-marin incliné sur la verticale et comportant une succession de tirants de béton précontraint. Elle a notamment pour objet un hauban sous-marin à tirants en béton notamment pour haubanage oblique, ce hauban comportant une succession de tirants en béton précontraint à armatures longitudinales reliés par des articulations, et étant caractérisé par le fait que chaque tirant est constitué par une paroi de béton incorporant les armatures longitudinales dans son épaisseur et entourant un volume intérieur s'étendant sur la longueur du tirant et contenant une masse de gaz pour créer une flottabilité compensant au moins partiellement le poids du tirant immergé. De préférence, le volume intérieur du tirant est rempli à plus de 50% par une multitude d'enceintes étanches qui contiennent le gaz et dont les parois sont constituées de matière plastique, et la paroi de béton du tirant est percée d'au moins une ouverture permettant à l'eau de pénétrer dans ce volume intérieur. L'invention a encore pour objet un dispositif d'ancrage d'un ouvrage sous-marin à flottabilité positive, ce dispositif comportant des haubans verticaux et des haubans non verticaux constitués les uns et les autres à l'aide de tirants de béton précontraint articulés les uns à la suite des autres, ce dispositif étant caractérisé par le fait que les seuls tirants des haubans non verticaux contiennent une masse de gaz intérieure créant une flottabilité compensant au moins partiellement le poids du tirant immergé pour éviter l'incurvation gravitaire du hauban, les tirants des haubans verticaux reliant l'ouvrage à ancrer au fond de l'eau et ne contenant pas une telle masse de gaz de manière que leur poids compense partiellement la flottabilité positive de l'ouvrage à ancrer et que cette flottabilité les maintiennent tendus sur toute leur hauteur. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut etre mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur les figures il y est désigné par le même signe de référence; La figure 1 représente une vue en coupe d'un tunnel sous-marin ancré à l'aide de haubans selon l'invention, avec vue d'une barge flottante ayant permis la mise en place de ces haubans. La figure 2 représente une vue de côté partielle d'un hauban vertical de la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe longitudinale partielle, à échelle agrandie, d'une extrémité d'un tirant du hauban de la figure 2. La figure 4 représente une vue en bout du tirant de la figure 3. La figure 5 représente une vue en coupe d'un tirant supérieur du hauban de la figure 2. La figure 6 représente une vue de côté de l'ancrage du tirant inférieur du hauban de la figure 2. Les figures 7 et 8 représentent la barge flottante de la figure 1 au cours de deux étapes successives de la mise en place d'un hauban. La figure 9 représente en vue en coupe longitudinale partielle d'un hauban oblique de la figure 1. La figure 10 représente une vue du hauban de la figure 9 en coupe transversale selon un plan X-X. Le mode décrit de réalisation de l'invention est applicable à tous les ouvrages flottants en mer dits offshore, par exemple le franchissement d'un bras de mer ou d'un estuaire par un tunnel. Des haubans verticaux K et obliques L relient des corps morts M, ou des corps d'ancrage enfouis, à des portiques immergés en forme de poutres de béton armé horizontales sous lesquelles est fixé le tunnel en béton T. Ce tunnel est étanche et rempli d'air, de sorte qu'il présente une forte flottabilité positive c'est-à-dire qu'il tend à remonter à la surface de l'eau. Les haubans K et L l'en empêchent et fixent sa position en hauteur et latéralement. Ces haubans K et L sont essentiellement constitués de#tirants de béton précontraint A et V de section circulaire par exemple, avec des armatures longitudinales tendues B et D, respectivement. Ces tirants sont équipés à chacune de leurs extrémités d'une articulation R qui a pour but de relier deux tirants A ou V successifs en permettant une rotation et en assurant la continuité de l'effort de traction. Si l'on appelle OY la direction d'un tirant, l'une des extrémités de ce tirant est équipée d'une articulation R permettant la rotation dans un plan XOY et l'autre extrémité est équipée d'une articulation R permettant une rotation dans un plan perpendiculaire YOZ. On évite ainsi de manière simple que les courants appliquent des efforts de flexion aux tirants. Les articulations R sont fixées au béton par les armatures actives B ou D du tirant en béton précontraint. Plus précisément, chaque articulation R comporte pour chaque tirant, - une platine E appliquée contre l'extrémité du béton du tirant par des armatures actives longitudinales prétendues B disposées dans le béton du tirant et assurant par l'intermédiaire de cette platine une précompression longitudinale de ce béton, - et au moins un flasque G fixé à cette platine. Un axe d'articulation H coopére avec ce flasque G pour permettre la rotation du tirant dans un plan perpendiculaire à cet axe. Les têtes d'ancrages des armatures de précontraintes B ou D sont protégées de la corrosion par du béton N ("béton de cachetage de seconde phase") d'autres moyens étant évidemment utilisables tels que l'application de résines ou autres produits, ou éventuellement une protection cathodique. La partie supérieure du dernier tirant A ou V à l'extrémité supérieure de chaque hauban est équipée d'un câble toronné C de type sous-marin qui assurera une liaison sans rigidité au portique P. Le câble est scellé au dernier tirant A par une pièce S de type connu. Une traction préalable est appliquée au montage des haubans à l'aide de ce câble dont l'extrémité supérieure est fixée ensuite de manière classique au portique P. Le câble toronné peut être remplacé par une channe. Les tirants verticaux A ont une section pleine. Il n'en est pas de même des tirants V des haubans obliques L. Plus précisément le poids spécifique des tirants verticaux A munis de leurs articulations R est voisin de 3g/cm , alors que celui des tirants obliques V munis d'articulations identiques est voisin de celui de l'eau environnante, c'est-àdire tg/cm environ. Il est en effet apparu aux inventeurs que, quand la longueur des haubans obliques était importante par exemple m, le poids des tirants pouvait nuire à la rigidité de l'ancrage, alors que, dans le cas des haubans verticaux, ce poids constituait un avantage. C'est pourquoi, conformément à la présente invention on utilise des tirants obliques V en béton précontraint dont la paroi Y présente une section circulaire évidée pour leur donner un poids apparent pratiquement nul dans l'eau (voir figures 9 et 10). Afin d'éviter qu'une éventuelle fissuration permette un remplissage aléatoire en eau du volume intérieur T, ce dernier est préalablement rempli d'enceintes sphériques creuses ou balles X en matière plastique capable individuellement de résister à la pression hydrostatique et d'occuper pour un rangement quelconque environ 70% du volume de l'évidement. En outre, ce volume communique avec l'eau extérieure par une ouverture haute Z et une ouverture basse non représentée. La paroi Y contient les armatures de précontraintes longitudinales D, qui sont ici rectilignes.Les balles X peuvent plus précisément présenter un rayon de 5 cm, avec une paroi épaisse de 0,5 cm et constituée par exemple de polychlorure de vinyle chargé ou de polypropylène Le volume intérieur pourrait également etre occupé par de la mousse plastique, le béton de la paroi Y ainsi que celui des têtes du tirant est de préférence un béton léger de densité comprise entre 1,7 et 1,8 T/m3. L'avantage de poids apparent très faible d'un hauban oblique immergé constitué avec de tels tirants est que l'on supprime ainsi la courbure gravitaire de ce hauban ce faible poids permet un alignement parfait des tirants successifs sous un effort de traction facile à appliquer. Ceci est particulièrement intéressant dans le cas fréquent ou il faut limiter au maximum les déplacements de l'ouvrage haubanné. Ces déplacements résultent alors seulement de la variation linéaire élastique de la longueur du hauban en fonction de la traction appliquée. Cette variation est très faible, aussi bien pour les haubans obliques que pour les haubans verticaux, en raison de la constitution des tirants en béton précontraint. On sait en effet que la variation de la longueur d'un tel tirant est essentiellement celle du béton qui est beaucoup moins élastique que l'acier. La grande résistance aux variations de longueur ainsi obtenue est importante car en service, en présence d'une flottabilité du corps flottant variable mais toujours positive, les haubans supportent un effort de traction constamment variable résultant des actions verticales et horizontales appliquées à l'ouvrage flottant. Ces actions sont dues : - aux courants - à la houle - aux surcharges appliquées à l'ouvrage etcetc....... Pour la mise en oeuvre le processus décrit ci-après est donné à titre d'exemple Les tirants A et V sont exécutés et transportés horizontalement équipés de leurs articulations d'extrémité R. Sur une barge 10 portant les tirants et le corps mort M, ce corps est d'abord accroché, par exemple par l'intermédiaire d'une jonction type cardan RC, au premier tirant A ou V qui est redressé puis descendu verticalement dans l'eau à l'aide d'une grue 12. Au niveau de la barge le second tirant A ou V est accroché au premier puis redressé et descendu de sa propre hauteur et ainsi de suite jusqu'au repos du corps mort sur le fond. Les haubans inclinés sont d'abord mis en place verticalement et leur inclinaison définitive est obtenue ensuite par déplacement en surface de la barge. L'alignement des tirants est réalisé par mise en tension à l'aide d'un vérin annulaire non représenté prenant appui sur le portique P. Les dispositions décrites ci-dessus présentent diverses qualités - pérennité - longueur quasi invariable - poids des haubans verticaux Une première qualité est la pérennité Les câbles toronnés de type marine ne sont pas assurés généralement par les fabricants pour plus de 10 ans. Le béton précontraint, toujours comprimé, a une durée de vie très grande dans l'eau. Le câble supérieur toronné C, est surdimensionné, ce qui augmente à la fois sa durée et son coût au mètre, mais son prix reste modéré car il est très court, 5 m environ. Les pièces métalliques, articulations de faible surface, sont aussi surdimensionnées et traitées spécialement contre la corrosion. Une deuxième qualité est la longueur quasi invariable : sous un même effort de traction l'allongement des éléments en béton est beaucoup plus faible que celui d'un câble toronné (environ 4 fois) ce qui est important pour minimiser les déplacements et déformations d'un ouvrage tel que le tunnel T. L'invention apporte l'avantage que cette deuxième qualité est aussi utile dans le cas des haubans obliques L que dans celui des haubans verticaux K, ce qui assure un ancrage efficace dans toutes les directions. Le poids constitue une troisième qualité dans le cas des haubans verticaux. Le poids des éléments en béton, non négligeable allège d'autant celui des corps morts à mettre en oeuvre ou réduit l'importance des ancrages à réaliser dans le sol. L'invention est particulièrement intéressante dans le cas ou la longueur de hauban sous-marin est comprise entre 70 m (ou 50 m si le fond se prête mal à l'implantation de piles) et 1000 m environ, le nombre maximal de haubans étant de préférence choisi pour et que la traction sur chaque hauban soit comprise entre 200 et 1000 tonnes. Chaque tirant semble devoir avoir une longueur comprise en 20 m et 70 m. Dans le cas d'une traction maximale de 800 tonnes la section de béton (qualité béton précontraint) peut être de 609 cm au carré avec comme armatures actives 8 câbles toronnés de diamètre 15 m prétendus à 130 tonnes chacun, une frette hélicosdale F d'armature passive à chaque extrémité et quelques cadres d'armatures passives W en rond à béton sur toute la longueur du tirant. REVENDICATIONS 1/ Hauban sous-marin à tirants en béton notamment pour haubanage oblique, ce hauban comportant une succession de tirants (V) en béton précontraint à armatures longitudinales (D) et reliés par des articulations (R), et étant caractérisé par le fait que chaque tirant (V) est constitué par une paroi de béton (Y) incorporant les armatures longitudinales (D) dans son épaisseur et entourant un volume intérieur (T) s'étendant sur la longueur du tirant et contenant une masse de gaz pour créer une flottabilité compensant au moins partiellement le poids du tirant immergé. 2/ Hauban selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le volume intérieur (T) du tirant (V) est rempli à plus de 50% par une multitude d'enceintes étanches (X) qui contiennent ledit gaz et dont les parois sont constituées de matière plastique, la paroi de béton (Y) du tirant étant percée d'au moins une ouverture (Z) permettant à l'eau de pénétrer dans ce volume intérieur. 3/ Dispositif d'ancrage d'un ouvrage sous-marin à flottabilité positive, ce dispositif comportant des haubans verticaux (K) et des haubans non verticaux (L) constitués les uns et les autres à l'aide de tirants (A, V) de béton précontraint articulés les uns à la suite des autres, ce dispositif étant caractérisé par le fait que les seuls tirants (V) des haubans non verticaux (L) contiennent une masse de gaz intérieure créant une flottabilité compensant au moins partiellement le poids du tirant immergé pour éviter l'incurvation gravitaire du hauban, les tirants (A) des haubans verticaux (K) reliant l'ouvrage à ancrer au fond de l'eau et ne contenant pas une telle masse de gaz de manière que leur poids compense partiellement la flottabilité positive de l'ouvrage à ancrer et que cette flottabilité les maintiennent tendus sur toute leur hauteur.