Brevet FR2592413A3 — publié le 19870703

FR 2592413 A3 19870703 FR 8519555 A 19851230 L'invention concerne la fondation de plates-formes, réservoirs Ou Structures reposant au fond de la mer de tout type, dont les conditions de stabilité particulières ne peuvent pas être sdtisfaites par les systèmes conventionnels de fondation. Ces conditions de stabilité particulières peuvent être de nature technique; elles peuvent ëtre liées également à des contraintes économiques de réalisation, dues a l'effet de gigantisme tant sur le cotit que sur la durée de réalisation. Les limitations techniques des systèmes conventionnels proviennent d'bord de la nature du sol de fondation argiles molles ou vases, pei-a+rosts, etc.) : elles pourront être également affectées par d'autres considérations telles que l'importance de la profondeur d'eau, par exemple. Quel que soit le système de fondation retenu, celui-ci doit assurer la stabilité de la structure en transmettant du fond tarin les efforts qui la sollicitent, afin de s'opposer ê son enfoncement, a son glissement et éventuellement ê son renversement. Dans les techniques actuelles, les structures qui reposent sur le fond de la mer sont constituées ,i'un pont hors d'eau, d'un système de fondation, et éventuellement d'une tour comportant n certain nombre de supports tels que colonnes en béton ou jambes en acier transmettant les charges du pont à la fondation. Il est connu d'ancrer au fond de la mer des structures marines A tour de types divers, par des pieux le plus souvent battus soit depuis la surface, soit avec un marteau sous-marin Mais uev structures ont des conditions de stabilité précaires avant irise e-- oeuvre des pieux et leur cout est élevé. Il est connu également de poser au fond de la mer des structures marines a embase, de types divers, par ballastage progressif1 alors qu'elles sont maintenues par des remorqueurs. Mais ces structures ne sont pas destinées aux sole mous, malgré l'amélioration apportéepar la présence de bêches sous l'embase. Cette amélioration est de portée très limitée compte tenu, d'une part des incertitudes associées le pénétra*ion.réelle des bêches profondes dans le sol de fondation et, d'autre part de l'incidence de ces bêches sur le coOt de construction de l'embase. Chacun de ces dispositif6 conventionnels de fondation comporte des limitations qu'il est nécessaire de rappeler - la fondation sur pieux est mal adaptée a la reprise d'efforts latéraux importants, ce qui entraine l'obligation d'incliner les pieux sur la verticale et de les surdimensionner. En outre. ce dispositif de fondation n'assure pas la stabilité dans les phases d'installationqui précèdent la mise en oeuvre des pieux, opération de longue durée qui est donc de ce fait très sensible aux conditions de la mer. - l'embase-poids de fondation est par contre mise en place per ballastage dans un temps très court, mais sa surface de contact avec le sol marin est très sensible aux caractéristiques du sol dont la dégradation sous chargements cycliques est très difficile a apprécier. En outre, sous l'embase, les tassements importants des sols mous qui sont sujets a consolidation, entratnent des sollicitations souvent excessives dans les tubes verticaux de liaison entre le pont et le sub-stratum marin : c'est le cas des conducteurs de forage par exemple. La présente invention suppose l'existence d'un fond marin constitué d'un sol mou tel qu'une vase, une argile normalement consolidée ou un permafrost susceptible de réchauffement local, devant servir de support a une structure marine. Elle a pour objet un dispositif de fondation permettant de garantir - une stabilité suffisante des la prise de contact de la fondation avec le fond marin; - une stabilité d'ensemble peu dépendante des dégradations a long terme des car,actéristiques du sol en surface - l'absence de sollicitations excessives dans les tubes verticaux de liaison entre le pont et le sOb-stratum marin. - l'optimissasion du dispositif de fondation. I1 s'agit plus particulièrement d'un dispositif de fondation combiné assurant la compatibilité des efforts et déformations entre une embase "flottante" et une couronne de pieux verticaux guidés dans leur traversée de l'embase. La dite couronne, comportant au moins deux pieux parallèles symétriques, transmet directement les charges du pont au sol marin dans lequel elle est ancrée. L'embase est caractérisée par le fait qu'elle est munie d'autant de puits qu'il y a de pieux : elle peut ainsi tasser librement, sans risque d'affecter le niveau du pont à long terme ni endommager les tubes de liaison entre le pont et le substratum. Elle procure aussi la résistance latérale nécessaire avant mise en oeuvre des pieux, alors que ceux-ci contribuent plus tard a cette résistance latérale, sous les efforts extrêmes en cours d'exploitation. Le dispositif suivant l'invention peut présenter en outre l'une au moins des caractéristiques suivantes - l'embase est traversée de puits parallèles munis b au moins deux niveaux distincts aussi éloignés que possible l'un de l'autre, de couronnes assurant le coulissage des pieux aussi bien lors de l'installation que durant, les tassements ultérieurs de l'embase - un dispositif de calage disposé sur le toit de l'embase et supportant so,it le pont, soit la tour support du pont, permettant le transport de l'ensemble de la structure en flottaison sur 1 'embase - le toit de l'embase est muni d'un système de verrouillage temporaire du pont ou de sa tour support, venant compléter le dispositif de calage - le pont, et éventùellement les supports eortstitudnt la tour, sont munis de tubes-guides permettant la descente des pieux lors de leur mise en oeuvre. - lorsque la structure comporte une tour, les tubes-guides des pieux, sont disposés soit a l'intérieur, soit d l'extérieur de chacun des supports de pont constituant la tour. - un dispositif de connexion entre les tubes-guides et les pieux est prévu. Il peut être réalisé par l'injection dans l'annulaire entre guides et pieux d'un coulis ,! prise rapide, assurant entre le pont et les pieux une liaison rigide dont la hauteur est spécifique b chaque structure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement a le lumière de la description qui va suivre, donnée å titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures du dessin annexé où - la figure 1 illustre en coupe l'emploi d'un premier type de système de fondation conforme a l'invention, dans deux configurations : l'une précède et l'autre suit la pose de l'embase sur le fond marin, dans une faible profondeur d'eau. - la figure ,2 illustre en coupe une première variante du type précédent, dans une profondeur d'eau plus importante qui nécessite la présence d'une tour pour maintenir le pont hors d'eau. Les pieux sont toges dans ce cas å l'intérieur des supports de pont de la tour. - la--figure 3 illustre en coupe une seconde variante, pour laquelle des conditions particulières de stabilité, liées a une grande profondeur d'eau ou a des charges de pont importantes, imposent de disposer les pieux en barillet å l'extérieur de chacun des supports de pont de la tour. Figure 1, une structure en mer, comportant une embase multicellulaire (i) en acier ou en béton munie d'au moins deux puits verticaux (2) et destinée a supporter hors d'eau un pont (ou plats-forme de travail) (3), doit être mise en place et ancrée au fond de la mer. Auparavant, la structure a été remorquée dans la configuration de la figure 1 (a) jusqu'au site d'installation; l'embase comportant un certain nombre de cales (4) sur lesquelles repose le pont. L'embase est ensuite ballastée partiellement jusqu'd ce qu'elle repose sur le fond marin dans lequel elle va s'enfoncer d'une faible valeur correspondant aux tassements instantanés sous le poids apparent de la structure qui demeure contrôlable par ballastage ou d8ballatitpge. L'embase assure alors seule la stabilité sur le fond marin nécessaire au déroulement des opérations d'installation complémentaires qul suivent. Conformément a l'invention, il est alors prévu de mettre en oeuvre (battpge, etc) au moins deux pieux d'appoint (S), qui peuvent avoir été préalablement disposés dans les tubesguides (6) qui traversent le pont. Le principesfondamental du dispositif de l'invention est donc le coulissage des pieux d'appoint au travers de l'embase en les ancrant jusqu'a un horizon de terrain plus résistant (?), afin qu'ils supportent intégralement le poids du pont, sans que ce dernier ne soit affecté par les tassements ultérieurs très importants qui se produiront sous l'embase, comme l'illustre la figure 1 (b). Le transfert du poids du pont au pieux peut s'opérer des l'instant od la connexion (8) du pont sur les pieux a pu être réalisée, par exemple par injection d'un coulis de ciment dans l'annulaire compris entre chacun des pieux et son tube-guide. Les puits (2), qui permettent le passage des pieux au travers de l'embase, comportent au moins deux niveaux de couronnes de coulissage (9). Ces couronnes, de faible coefficient de frottement sous charges latérales, permettent a l'embase de "flotter" le long des pieux et de suivre ainsi les tassements a long terme sous son propre poids apparent, sans affecter le niveau du pont. La figure 2 illustre en coupe une première variante du dispositif précédemment décrit. Pour des profondeurs d'eau plus importantes, la présence d'une tour comportant au moins deux supports de pont est nécessaire. La structure doit être mise en place et ancrée au fond de la mer, comme precédemment, Auparavant, la structure a été remorquée dans la configuration de la figure 2 (a) jusqu'au site d'installetionr L'embase comporte autant de dispositifs de calage (4), qu'il y a de supports de pont dans la tour; Le pied de chacun de ces supports est temporairement maintenu en position par un dispositif de verrouillage (10) opéré d distance depuis la surface. Conformément,b l'invention, la mise en oeuvre (battage, etc) d'au moins deux pieux d'appoint (5) s'opère au travers des tubesguides (6) qui sont distribués a l'intérieur des supports depuis le pont Jusqu'aux pieds de ceux-ci. Le principe fondamental du dispositif de l'invention qui consiste a permettre a l'embase de tasser sans affecter le niveau du pont est illustré a la figure 2 tub). Ce mouvement relatif est autorisé des l'instant od, la connexion par exemple par injection t9) ayant été réalisée, le dispositif (10) est déverrouillé. Ici, la connexion (8) est située en pied de support, afin de réduire la longueur des pieux. ici, le dispositif de coulissage qui permet le mouvement relatif entre les pieux et l'embase suivant l'invention est tel, que la différence entre les niveaux extrêmes des couronnes de coulissage (9) permet de réaliser un encastrement suffisant de chacun des pieux dans l'embase afin de vaincre le renversement sollicitant la tour. La figure 3 illustre en coupe une seconde variante du dispositif précédemment décrit. Certaines conditions particulières de stabilité, liées a une grande profondeur d'eau ou a des charges de pont importantes, peuvent justifier la nécessité d'un grand nombre de pieux. Conformément a l'invention, la mise en oeuvre (bettage, etc) des pieux (s) s'opère au travers de tubes-guides*(6) qui sont disposés en barillet a la périphérie de chacun des supports de pont. Le principe fondamental du dispositif de l'invention est conservé. comme l'illustre la figure 3 (b). Ici, la connexion (8), par exemple par injection, est située en pied de support. Elle est réalisée entre chaque pieu et son tube-guide, la hauteur de celui-ci étant principalement gouvernée par Fa résistance de cette connexion. REVENDICATIONS 1) Dispositif de fondation d'une structure en mer combinant une embase-poids (1) et des pieux d'appoint (S), caractérise par le fait que l'embase, comportant plusieurs puits parallèles (2) permettant le passage de pieux verticaux, peut coulisser le long des pieux par le fait que les puits de l'embese sont munis d au moins deux niveaux distincts de couronnes de coulissage (9) permettant les mouvements relatifs verticaux entre l'embase et les pieux. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le feit que le pont (3) est muni de tubes-guides (6) permettant le guidage des pieux lors de leur mise en oeuvre. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'embase est munie d'un dispositif temporaire de calage (4) du pont permettant le transport et la pose sur le fond marin de l'ensemble de la structure en flottaison sur l'embase. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par re fait qu'un dispositif de connexion (B) est prévu entre les tubes-guides du pont et les têtes de pieux, permettant une liaison rigide et la transmission directe du poids du pont aux pieux, une fois l'embase posée sur le fond marin S) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, la structure en mer comportant une tour au-des6us de l'embase, chacun des supports de pont constituant la tour comporte des tubes-guides (6) permettant le guidage des pieux lors de leur mise en oeuvre. Ces tubes-guides peuvent être soit distribués a l'intérieur de chacun des supports, gqit disposés en barillet a la périphérie de chacun des supports. 6) Dispositif, selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'embase est munie d'un dispositif de calage (4) et de verrouillage t10) temporaires de chacun des supports de pont constituantsla tour, permettant le transport et la pose sur le fond marin de l'ensemble de la structure en flottaison sur 1 'embase. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'un dispositif de connexion 8) est prévu en pied de chacun des supports constituant la tour, entre les tubes-guides des dits supports et les t8tes de pieux, permettant une liaison rigide et la transmission directe du poids du pont aux pieux, une fois l'embase posée sur le fond marin.