Brevet FR2545121A1 — publié le 19841102

Procédé de fondation sur un sol subaquatique accidenté L'invention concerne un procédé de fondation sur un sol subaquatique accidenté. Les grands ouvrages construits en site aquatique tels que des ponts, des tunnels entre deux eaux ou des plates-formes, reposent sur le sol par des fondations souvent difficiles à réaliser. Les plates-formes off shore, par exemple, s'appuient sur le sol soit par l'intermédiaire de pieux battus dans le sol (avec battage réalisé entièrement sous lteau) soit, lorsque la surface du sol le permet, en étant directement posées sur le fond. La structure de fondation comporte alors des bêches, c'est-à-dire des lames de béton enfoncées dans le sol. Dans ce dernier cas il semble nécessaire que le sol soit plan et que son inclinaison générale soit très faible (de l'ordre de quelques pour cent). Dans le premier cas il faut que le terrain permette l'enfoncement des pieux. Lorsque le sol sous marin ou sous fluvial est profond et hétérogène, avec des parties dures distribuées de manière aléatoire, et lorsqu'il est accidenté où présente une pente importante, aucun des procédés connus ne semble permettre en pratique de réaliser une fondation sure. Ceci résulte des grandes difficultés qu'il y a à enfoncer des pieux ou des bêches ainsi que de l'importance des efforts ponctuels susceptibles d'être appliqués à la structure de fondation par les zones dures du sol, sans qu'il soit possible de prévoir leur intensité et leur position. On connaît par ailleurs un procédé de fondation comportant les opérations suivantes - la mise en place sur le sol d'un amas de grains non solidaires, cet amas étant d'abord suffisamment meuble pour épouser la conformation du sol, puis se stabilisant sur le sol sous l'action de la pesanteur, - et la descente d'une structure de fondation rigide jusqu'à mise de cette structure en appui sur cet amas. Ce procédé connu a été notamment appliqué à la construction de digues, les "grains" de l'amas étant alors constitués d'enrochements sur lesquels on venait appuyer des blocs préfabriqués. Il ne semblait pas permettre de stabiliser de manière sure et permanente une structure de fondation verticale, telle qu'une pile de pont, sur un sol subaquatique profond, notamment en milieu aquatique turbulent. On entend ici par sol profond un sol situé à plus de 30 m ou 50 m environ de la surface, selon que la turbulence est forte ou faible, respectivement. La présente invention a pour but de permettre de fonder en toute sécurité un ouvrage très lourd sur un sol subaquatique meme lorsque ce sol est profond, accidenté, hétérogène et/ou en forte pente et lorsque le milieu aquatique est turbulent. Elle a pour objet un procédé de fondation sur un sol subaquatique accidenté profond, ce procédé comportant les opérations suivantes : - la mise en place sur le sol d'un amas de grains non solidaires, cet amas étant d'abord suffisamment meuble pour épouser la conformation du sol, puis se stabilisant sous l'action de la pesanteur, - et la descente d'une structure de fondation rigide jusqu'à mise de cette structure en appui sur cet amas, - ce procédé étant caractérisé par le fait que la structure de fondation rigide est préfabriquée avec une base creuse qui présente un axe vertical et est constituée par des parois inclinées s'écartant vers le bas jusqu'à une ouverture inférieure, cette base s'ouvrant également vers le haut sur une chambre de charge, - l'ouverture inférieure de cette base étant fermée par une couche de retenue souple suffisamment large pour dépasser de la base vers le bas et apte à retenir les grains de l'amas, - les grains de l'amas étant placés dans cette base sur cette couche avant la descente de la structure, de manière à la remplir et à former un coussin souple en saillie sous la base sur sensiblement toute la surface de l'ouverture inférieure de celle-ci, - des charges pesantes étant disposées dans la chambre de charge au-dessus de l'amas pour créer dans celui-ci une pression initiale assez grande pour maintenir l'amas au contact des parois de la base sur toute leur hauteur mais assez faible pour que l'amas reste meuble pendant la descente de la structure et la mise en appui de toute la surface du coussin sur le sol accidenté, de manière qu'à la fin de la mise en appui la pression supplémentaire appliquée à l'amas par les parois inclinées de la base sous l'action du poids de la structure devienne suffisante pour rigidifier cet amas par frottements entre les grains et pour stabiliser la structure avant tout contact entre le bord de l'ouverture inférieure et le sol. A l'aide de la figure schématique unique ci-jointe on va décrire oi-après, à titre non limitatif, un mode de mise en oeuvre de l'invention. 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. Cette figure représente une vue partiellement en coupe et partiellement en élévation d'une pile de fondation réalisée par le procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention, comme connu comporte la mise en place sur le sol d'un amas de grains non solidaires, cet amas étant d'abord suffisamment meuble pour épouser la conformation du sol, puis se stabilisant sur le sol sous l'action de la pesanteur. Cet amas peut être constitué par exemple de grains de natures et de dimensions diverses, tels que des enrochements, des cailloux, ou du sable, selon les circonstances. Selon l'invention les dimensions des divers grains de l'amas sont cependant de préférence choisies voisines. L'invention permet d'obtenir à l'aide de cet amas une fondation plus stable et sure que précédemment avec un axe bien vertical pour la structure qui s'appuie sur cet amas, ceci même si le sol présente les caractéristiques défavorables précédemment mentionnées. Ces avantages sont obtenus grâce aux particularités suivantes La structure de fondation rigide 2 est préfabriquée avec une base creuse 4 qui présente un axe vertical 6 et est constituée par des parois inclinées s'écartant vers le bas jusqu'à une ouverture inférieure 8, et cette base s'ouvre également vers le haut sur une chambre de charge 10 D'autres caractéristiques souvent souhaitables de cette base seront décrites plus loin. Elle est de préférence réalisée en béton précontraint. L'ouverture inférieure 8 de la base 4 est obturée par une couche de retenue souple 12 suffisamment large pour s'incurver et dépasser de la base vers le bas. Cette couche doit être apte à retenir les grains de l'amas. Sa nature dépend évidemment de celle des grains à retenir. Elle est par exemple dans le cas de sable constituée par une feuille de polyéthylène posée sur un filet de cordes de polyamide. Ce filet est attaché à la structure sur tout son périmètre. Il est en outre soutenu par des suspentes souples réparties sur sa surface. Des orifices sont prévus dans la base pour assurer l'équilibre des pressions d'eau de part et d'autre de cette feuille. Les grains de l'amas 14 sont placés dans cette base 4 sur cette couche 12 avant la descente de la structure, manière à la remplir et à former un coussin souple en saillie sous la base, sur sensiblement toute la surface de l'ouverture inférieure de celle-ci. Des charges pesantes 16 sont disposées dans la chambre de charge 10 au-dessus de l'amas 111 pour créer dans celui-ci une pression initiale assez grande pour maintenir l'amas au contact des parois de la base 4 sur toute leur hauteur mais assez faible pour que l'amas reste meuble pendant la descente de la structure et la mise en appui de toute la surface du coussin sur le sol accidenté 18. De préférence les parois de la chambre de charge 10 sont verticales, les charges pesantes 16 disposées dans cette chambre pour créer ladite pression initiale-étant constituées par des grains semblables à ceux dudit amas 14, en continuité avec cet amas. Ceci permet qu'à la fin de la mise en appui la pression supplémentaire appliquée à l'amas 14 par les parois inclinées de la base sous l'action du poids de la structure devienne suffisante pour rigidifier cet amas par frottements entre les grains et pour stabiliser. la structure avant tout contact entre le bord de l'ouverture inférieure et le sol. L'application du poids de la structure sur l'amas se traduit par une compacification de l'amas, c'est-à-dire par une diminution de son volume d'environ 10% par exemple. Les grains de l'amas remontent donc plus où moins dans la base. Mais ceux qui constituent les charges 16 restent sensiblement immobiles, sans compacification, de sorte que ces charges restent meubles. Dans l'exemple décrit la structure de fondation 2 est une pile avec une base 4 à paroi conique et une chambre de charge 10 à paroi cylindrique. Ces parois sont toutes deux de révolution autour de l'axe 6 de la base. Dans le cas où le sol subaquatique présente une pente, le bord inférieur 18 de la base 4 s'étend dans un plan inférieur incliné présentant la même pente que le sol 20 sur lequel on doit se fonder, et la structure préfabriquée 2 est orientée au cours de sa descente pour superposer les lignes de plus grandes pentes de ce plan et de ce sol de manière que tous les points de ce bord s'arrêtent sensiblement à une même distance prédéterminée au-dessus du sol lorsque la structure se stabilise. La base à paroi conique de révolution se termine alors vers le bas par une ceinture basse 22 à paroi cylindrique de révolution autour du même axe 6.La hauteur de cette ceinture est sensiblement nulle au point le plus haut 24 du bord inférieur 18 de la base 4 et est maximale au point le plus bas 26de ce bord, de manière que la structure de fondation 2 s'appuie sur l'amas 14 essentiellement par l'intermédiaire de la seule paroi conique de la base. De préférence les rayons R et r de ladite paroi conique à sa base et à son sommet, l'angle A de ses génératrices avec l'horizontale, la hauteur H occupée par ledit amas dans ladite chambre de charge, la densité d de cet amas à l'état meuble, et l'angle de frottement interne F de cet amas comprimé par gravité sont choisis pour que l'expression QtgA soit inférieure à NrS(R2 r2) HD. tg2 ( +j/4 + Q étant le poids total de l'amas, de la structure rigide, et de la charge supportée par cette structure A titre d'exemple, si on veut fonder une pile de pont par le procédé selon l'invention sur un sol sous-marin pouvant supporter en sécurité 30T/m2 et si cette pile doit supporter à son sommet une charge de 5000 T le poids de la structure de la pile immergée est de 4600 T et le poids de l'amas intérieur est de 9200 T, soit un poids total Q de 18800 T. Le rayon R de la base doit alors permettre la répartition de ce poids total sur le sol et vaut 15 m. L'amas est constitué de sable tout venant présentant un angle de frottement interne F de 300, ce qui lui donne un coefficient de autée tg2 ( nu/4 + F/2) = 3. L'inclinaison A de la paroi conique sur l'horizontale est telle que tgA = 1,5. Le rayon de la chambre de charge est r = 7,5 m, et la hauteur de l'amas dans cette chambre vaut H = 26 m. Le volume initial du coussin en saillie sous la base 4 est déterminé par les dimensions de la couche de retenue 12. Il est choisi pour qu'il y ait sensiblement en tout point de la base une hauteur de coussin suffisante pour absorber les inégalités possibles du sol, par exemple 1 n en moyenne, ceci dépendant bien entendu des conditions locales. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fondation sur un sol subaquatique accidenté profond, ce procédé comportant les opérations suivantes - la mise en place sur le sol d'un amas de grains non solidaires, cet amas étant d'abord suffisamment meuble pour épouser la conformation du sol, puis se stabilisant sous l'action de la pesanteur, - et la descente dtune structure de fondation rigide jusqu'à mise de cette structure en appui sur cet amas, - ce procédé étant caractérisé par le fait que la structure de fondation rigide (2) est préfabriquée avec une base creuse (4) qui présente un axe vertical (6) et est constituée par des parois inclinées s'écartant vers le bas jusqu'à une ouverture inférieure (8), cette base s'ouvrant également vers le haut sur une chambre de charge (10), - l'ouverture inférieure de cette base étant fermée par une couche de retenue souple (12) suffisamment large pour dépasser de la base vers le bas et apte à retenir les grains de l'amas, - les grains de l'amas (14) étant placés dans cette base (4) sur cette couche (12) avant la descente de la structure, de manière à la remplir et à former un coussin souple en saillie sous la base sur sensiblement toute la surface de l'ouverture inférieure de celle-ci, - des charges pesantes (16) étant disposées dans la chambre de charge (10) au-dessus de l'amas (14) pour créer dans celui-ci une pression initiale assez grande pour maintenir l'amas au contact des parois de la base (4) sur toute leur hauteur mais assez faible pour que l'amas reste meuble pendant la descente de la structure et la mise en appui de toute la surface du coussin sur le sol accidenté (18), de manière qu'à la fin de la mise en appui la pression supplémentaire appliquée à l'amas (14) par les parois inclinées de la base sous l'ac tion du poids de la structure devienne suffisante pour rigidifier cet amas par frottements entre les grains et pour stabiliser la structure avant tout contact entre le bord de l'ouverture inférieure et le sol. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bord inférieur (18) de la base (4) s'étend dans un plan inférieur incliné présentant la même pente que le sol (20) sur lequel on doit se fonder, et la structure préfabriquée (2) est orientée au cours de sa descente pour superposer les lignes de plus grandes pentes de ce plan et de ce sol de manière que tous les points de ce bord s'arrêtent sensiblement à une même distance prédéterminée au-dessus du sol lorsque la structure se stabilise. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les parois de la chambre de charge (10) sont verticales, les charges pesantes (16) disposées dans cette chambre pour créer ladite pression initiale étant constituées par des grains semblables à ceux dudit amas (14), en continuité avec cet amas. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure de fondation (2) est une pile avec une base (4) à paroi conique et une chambre de charge (10) à paroi cylindrique, ces parois étant toutes deux de révolution autour de l'axe (6) de la base. 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le bord inférieur (18) de la base (4) s'étend dans un plan inférieur incliné présentant la même pente que le sol (20) sur lequel on doit se fonder, et la structure préfabriquée (2) est orientée au cours de sa descente pour superposer les lignes de plus grandes pentes de ce plan et de ce sol de manière que tous les points de ce bord s'arrêtent sensiblement à une même distance prédéterminée au-dessus du sol lorsque la structure se stabilise, - la base se terminant vers le bas par une ceinture basse (22) à paroi cylindrique de révolution autour dudit axe (6), la hauteur de cette ceinture étant sensiblement nulle au point le plus haut (24) du bord inférieur (18) de la base (4) et étant maximale au point le plus bas (26) de ce bord, de manière que la structure de fondation (2) s'appuie sur ledit amas (14) sensiblement par l'intermédiaire de la seule paroi conique de la base. 6/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les rayons R et r de ladite paroi conique à sa base et à son sommet, l'angle A de ses génératrices avec l'horizontale, la hauteur H occupée par ledit amas dans ladite chambre de charge, la densité d de cet amas à l'état meuble, et l'angle de frottement interne F de cet amas comprimé par gravité sont choisis pour que l'expression QtgA soit inférieure à # (R2 - r) HD. tg (#/4 + F/2), Q étant le poids total de l'amas, de la structure et de la charge supportée par cette structure.