Brevet FR2676764A1 — publié le 19921127

L'invention concerne un procédé de construction au-dessus d'eaux profondes, et les pieux de fondation utilisés à cet effet. On connaît depuis des millénaires la technique de construction sur pilotis et on a su adapter cette technique aux batiments modernes par utilisation de pieux en acier ou en béton armé. Toutefois l'utilisation de ces derniers est limitée à des eaux peu profondes en raison du poids considérable qu'ils atteignent au-delà duquel un sol même en roches dures ne résisterait pas. On peut parfois pallier cet inconvénient, au moins partiellement, par remblayage de la partie immergee. Cette technique est onéreuse et ne garantit pas une sécurité totale car les remblais de par leur nature même sont trop lourds et susceptibles d'évoluer au cours du temps. Or il serait intéressant dans certaines zones fortement peuplées et largement bâties de gagner non seulement sur les terres immergées mais aussi sur le plateau continental à des profondeurs d'eau de 50 à 150 mètres. La réalisation de fondations susceptibles de supporter le poids des pieux et des superstructures, si elle s'avérait possible techniquement (travaux importants en immersion) et géologiquement (résistance du sol) entraînerait un bouleversement irrémédiable de la structure du sol existant et donc de l'écosystème, qui porterait ses effets bien au-delà de l'environnement immédiat de la construction. Il est fourni selon l'invention un procédé de construction au-dessus d'eaux profondes, avec utilisation de pieux reliant le sol existant à une plate-forme de support de batiments, qui permet de limiter le poids en appui sur le sol et donc de limiter l'importance des fondations nécessaires tout en fournissant une surface constructible sûre et de superficie importante. Ceci est réalisé du fait que l'on prépare dans le sol existant des zones discretes de fondations calculées en fonction de la charge de surface (plate-forme de support et b timents), on ancre dans chaque zone un pieu flottant, on leste chacun desdits pieux jusqu'à une flottabilité quasiment nulle, on réunit à au moins un niveau horizontal, en dessous du niveau des eaux, les pieux entre eux par un réseau d'attaches souples, on prolonge la partie superieure des pieux, qui est située en dessous du niveau moyen des eaux, par un ensemble de poutrelles de support montant au-delà du niveau extrême que peuvent atteindre les eaux, on fixe sur chaque ensemble de poutrelles de support un élément de support constitué d'un réseau tridimensionnel de poutres, on solidarise lesdits éléments de support à l'aide d'au moins une plate-forme en béton armé recouvrant au moins partiellement deux ou plusieurs éléments de support et on procède à la construction de bâtiments sur ladite plate-forme. La partie supérieure des pieux se trouve non seulement en dessous du niveau moyen des eaux, mais avantageusement encore au-dessous du niveau inférieur touché par l'amplitude de la houle. Les pieux et le ou les réseaux attaches souples créent une "cage" indéformable mais légèrement souple absorbant les mouvements lents des eaux profondes et permettant la vie sous-marine tandis que la zone supersicielle n'est traversée que par des poutrelles sur iesquelles l'amplitude de la houle ne s'exerce que très faiblement. Les éléments de plate-forme de support sont constitués de poutres disposées de manière tridimensionnelle, n'entravant pas le passage de l'eau en cas de dépassement de l'amplitude maximale. Un système anti-roulis est prévu entre la plate-forme inférieure et la plate-forme supérieure pour absorber les éventuelles vibrations résiduelles qui n'auraient pas été absorbées par les réseaux d'attaches souples et les pieux. Les pieux utilisés sont amenes par flottaison au site de construction et sont immergés pour être ancres chacun dans une zone discrète de fondation. L'immersion se fait par lestage des pieux flottants par eux-mêmes, donc par réduction des moyens de soulagement utilisés pour les faire flotter. Après ancrage dans la zone de fondation, le lestage de chaque pieu est réglé pour l'amener à une flottabilité quasiment nulle. de sorte que chaque pieu repose sur sa zone de fondation sans la charger de son poids et transmet simplement la charge de la superstructure formée par lesdits éléments de support, ladite plate-forme et les bâtiments construits sur elle. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, les pieux sont des pieux creux et comDrennent une paroi externe de support en acier ou en beton dont l'épaisseur a eté calculée pour obtenir la résistance nécessaire et une paroi interne, avantageusement en acier, destinée à constituer un fût de circulation centrale dans le pieu permettant un accès de maintenance. Des raidisseurs sont prévus entre la paroi extérieure et la paroi intérieure, l'espace entre les deux parois formant caisson de lestage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation de côté du réseau de pieux et de la superstructure. la figure 2 est une vue de dessus prise le long de la ligne SI-II de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe d'un pieu selon l'invention, La figure 1 représente schématiquement le cas où l'on a érigé trois rangées de pieux. Bien évidemment, le nombre de rangées et le nombre de pieux par rangée dépendent de la dimension de la surface constructible que l'on veut obtenir et l'invention n'est pas limitée au cas particulier représenté et décrit ci-dessous. Le sol sous-marin 1 (substratum) est situé à une profondeur moyenne H en dessous du niveau moyen 2 des eaux. On prépare en des zones 3,3a,3b,... discrets, disposées de façon appropriée selon la répartition choisie pour poser les pieux, qui sera décrite ci-après, des fondations 4,4a,4b,..., classiques, aptes à supporter la charge normale de la superstructure, sans tenir compte du poids des pieux Des pieux creux flottants 5,5a,5b . sont ensuite amenés par flottaison depuis leur lieu de fabrication en bordure de mer et sont immergés par un premier lestage verticalement au droit de la zone de fondation 3,3a,3b,... correspondante. ils sont alors ancrés dans la fondation 4,4a,4b,... respective à l'aide d'un ensemble 6,6a, 6b, . . . de tiges et plaques d'acier par exemple, assurant une liaison entre la fondation et le pieu de superficie réduite autant que possible. Le pieu est ensuite lesté à nouveau pour l'amener à une flottabilité sensiblement nulle : il n'exerce alors aucune charge sur sa zone de fondation correspondante. Une fois le réseau de pieux érigé, un ensemble d'attaches 7 est mis en place entre les pieux, à au moins un niveau horizontal 8 intermédiaire entre le sol 1 et le niveau 2 des eaux. Sur la figure 1, trois (8,8a,8b) de ces niveaux sont représentés et les attaches 7 prennent la forme de cadres rectangulaires 9 disposes verticalement et renforces diagonalement, fixes en deux points 10 des petits côtés sur des anneaux 11 prévus sur les pieux 5,5a,5b... Chaque pieu est relié de cette manière à chacun des pieux adjacents. Ce réseau est visible sur la figure 2 qui represente une vue de dessus du réseau, chaque pieu 5,5a,wb étant affecté d'un indice indiquant son rang dans la rangée. Des attaches 7 relient chacun des pieux aux pieux adjacents en formant un réseau à maille carrée.Les anneaux d'attache il sont représentés pour chacun des pieux mais ne sont référencés qu'en partie sur le premier pieu de chaque rangée, pour ne pas surcharger la figure. Sur la figure 1, il a été représenté trois réseaux d'attaches 7 situés de facon répartie entre le sol existant et la partie supérieure des pieux. Le nombre de réseaux dépendra bien évidemment de la hauteur H. La hauteur de chaque pieu est calculée de manière à ce que la partie supérieure 12,12a,12b,... de chaque pieu se trouve à un même niveau 13 et variera donc en fonction de la profondeur exacte à laquelle est placée la zone de fondation correspondante. Le niveau 13 est déterminé en fonction de l'amplitude de la houle et se situe en dessous de la limite inférieure de la zone dans laquelle se fait sentir la houle. Cette amplitude est symbolisée par la ligne sinusoïdale 14 sur la figure 1. Qn considère qu'en général cette amplitude est de 1t mt soit 8 m de part et d'autre du niveau moyen 2 des eaux mais par mesure de sécurité, on peut situer le niveau 13 à 10 m en dessous du niveau 2. La partie supérieure des pieux est tronconique, de même que la partie inférieure, pour concentrer la charge, comme représenté sur la figure 1, et est prolongée par un ensemble de poutrelles 15,15a,15b,... se prolongeant Jusqu'au-dessus du niveau 2 des eaux.Chaque ensemble de poutrelles porte un élément de support plan et carré 18 de dimensions finies canstitué d'un réseau tridimensionnel de poutres désigné de façon globale par le chiffre de référence le. Les poutres constituant ce réseau tridimensionnel sont articulées entre elles et équipées de préférence de systèmes anti-roulis connus. Les éléments de support carrés 18 ont des dimensions telles qu'ils viennent en contact les uns avec les autres lorsqu'ils sont centres sur les pieux disposés comme décrits précédemment. On obtient de ce fait une surface plane 17 de superficie supérieure à la superficie du réseau de pieux. Sur la figure 2, les éléments de support 18 sont symbolisés par les bords des carrés et le réseau tridimensionnel de poutres 16 par les diagonales correspondantes. Chaque ensemble de poutrelles 15,15a,15b est en outre affecté de l'indice correspondant au rang du pieu dans la rangée. La hauteur des ensembles de poutrelles 15 et des éléments de support 18 est telle que le niveau de la surface plane 17 se trouve à une hauteur h au-dessus du niveau supérieur 13 des pieux. Cette hauteur h est avantageusement supérieure à l'amplitude normale de la houle. Si, pour des raisons de sécurité, on a choisi de mettre le niveau 13 à 10 m en dessous du niveau moyen 2, on peut mettre le niveau de la surface 17 à 10 m audessus de ce niveau moyen, ce qui laisse un espace libre de 20 m, alors que l'on considère normalement comme un maximum une amplitude de houle de îe m. Pour solidariser entre eux les éléments de support 18, on les recouvre d'une plate-forme 19 ayant une superficie supérieure à celle de chacun des éléments de support 18 de telle sorte que la plate-forme 19 couvre au moins partiellement deux ou plusieurs éléments de support 18. La plate-forme 19 forme table de répartition et raidisseur et permet d'obtenir une structure cohérente et stable. La plate-forme 19 est avantageusement constituée par un etage de parkings ou entrepôts (deux dalles de béton armé réunies par des poteaux et murs) On peut ensuite procéder à la construction des édifices ou bâtiments 30 sur la plate-forme 19 Les pieux peuvent avoir en coupe une section quelconque, calquée par exemple sur la section des pieux classiques enfoncés dans le sol. Toutefois, et de façon avantageuse et préférentielle, an utilisera des pieux de section cylindrique.On donnera ci-après deux exemples de structure de pieu, mais il est entendu que l'invention n'est pas limitée à ces deux exemples. Le pieu (figure 3) comprend une paroi culindrique extérieure 20 dont l'épaisseur est calculée pour porter la charge constituée par l'élément de support 18 et la superstructure formée par les éléments 18*19 19 et 30. Une paroi interne 21 de plus faible diamètre et de plus faible épaisseur est prévue pour constituer un tût creux de circulation verticale permettant en outre i'entretien du pieu. Des raidisseurs 22 sont prévus entre la paroi extérieure et la paroi intérieure, et sont disposés répartis de façon radialement régulière. Des seconds raidisseurs 23 sont prévus entre les raidisseurs 22 et prennent appui sur la paroi intérieure.En partie basse du pieu, l'espace situé entre la paroi interne 21 et la paroi externe 20 forme caisson de lestage que l'on remplit d'eau ou d'huile (pétrole brut par exemple > à l'aide de vannes d'échappement de l'air et de pompes à air qui peuvent au contraire augmenter la pression interne et chasser vers 11 extérieur une partie du lest pour régler la flottabilité à la valeur désirée (allant jusqu'à une surcharge de la plate-forme). Ces vannes et pompes ne sont pas représentées. A chacun des niveaux 8,8a,8b..., deux séries de quatre anneaux il de fixation des attaches 7 sont fixés à l'extérieur de la paroi 20, diamétralement opposés deux à deux et verticalement alignés deux à deux.Des ailerons de contreventement 24 peuvent avantageusement être prévus à l'extérieur du pieu 5 et leur dimension est déterminée en fonction de la hauteur du pieu. On prévoit avantageusement une colonne 25 au centre du pieu pour aménager un escalier ou un ascenseur. On va maintenant donner a titre indicatif des exemples de calcul d'un pieu, d'abord en acier puis en béton armé. Pour un élément de support 18 de 35 x 35 m, on estime la charge à 1 t/m2 en appliquant un coefficient d'occupation des sols de 3,5, c'est-a-dire 1 pour la plate-forme 19 et de 2,5 pour les bâtiments 30. La charge apportée est donc de 1 225 x 3,5 x 1 = 4 287,5 t. Avec un coefficient de sécurité de 50% on arrive à une charge d'environ 6 450 t. Sachant que 1 ct2 d'acier peut supporter au minimum 1,5 t, on aura besoin (avec un coefficient de 50% de sécurité) d'une superficie d'acier de 0 > 645 m2. Un cylindre de 2 m de rayon a une circonférence de 12,60 m et une section de 12,60 m2. Si l'on considère que seule la périphérie du cylindre est porteuse, il faudra une épaisseur d'acier de 0.645:12,60 soit environ 5 cm. Pour une section de pieu de 1 m de hauteur, il faudra 0,6450 m3 de tôle d'acier à 7800 kgXm3, ce qui donne un poids pour la section de pieu d'environ 5 t. Le volume de cette section étant de 12,60 m3, il reste une marge de flottabilité de 7F 6 t pour les raidisseurs, la paroi intérieure servant de fût de circulation centrale, qui a par exemple un rayon de 1 m, et pour le lest. La paroi intérieure, les raidisseurs et les ailerons sont réalisés en tôle d'acier d'épaisseur inférieure à celle de la paroi extérieure, et l'on peut utiliser par exemple une tôle de 5 mm. Dans le cas d'un pieu en béton armé, en fixant une charge pour le béton de 300 kg/cm, on obtient une épaisseur de paroi de l'ordre de 17 cm. En prenant une marge de sécurité à 20 cm et en considérant que la paroi externe 20 a encore un rayon extérieur de 2 m, pour une section de pieu de 1 m de hauteur, on a un volume de béton de 2,50 m3 soit un poids de 6,25 t (densité du béton 2,5). Il reste donc une marge de flottabilite de plus de 6 t pour les raidisseurs, la paroi intérieure 21 servant de fût de circulation centrale et le lest. Un exemple de réalisation d'une plate-forme de grande surface est donné sur la figure 2. On répartit douze pieux aux sommets de carrés de 35 m de coté. Des éléments de support 18 de 35 m de côté sont centrés sur chacun des pieux et on coule la plate-for=e 19. On obtient donc une superficie totale de 14700 m2 pouvant porter la même superficie de parkings, et une superficie de superstructure bâtie que l'on peut estimer à 35000 m2 à raison de 1 tam2. La solution telle que décrite dans l'invention pour construire au-dessus d'eaux profondes présente l'avantage de ne pas nuire à la vie sous-marine et présente un intérêt économique, en dépit du coût que peuvent atteindre les pieux, lorsqu'une telle superstructure est implantée dans des zones ou le coût des valeurs immobilières est élevé. REVENDICATIONS 1.- Procédé de construction au-dessus d'eaux profondes, avec utilisation de pieux reliant le sol existant à une plate-forme porteuse de b timents, caractérisé en ce qu'on prépare dans le sol existant (1) des zones de fondation C3,3a, 3b, . . . ) calculées en fonction de la charge de surface, on ancre dans chaque zone (3,3a,3b,...) un pieu flottant (5,5a,5b,...), on leste chacun desdits pieux jusqu'à une flottabilité sensiblement nulle, on réunit à au moins un niveau horizontal les pieux (5,5a,5b,...) entre eux par un réseau d'attaches (7) souples, on prolonge la partie supérieure (12, 12a, i2b, . .. ) des pieux par des ensembles de poutrelles de support (15, 15a, 15b,...) montant au- delà du niveau extrême que peuvent atteindre les eaux, on fixe sur chaque ensemble de poutrelles de support un élément de support (18 > constitué d'un réseau tridimensionnel de poutres C16), on solidarise lesdits éléments de support (18) à l'aide d'au moins une plateforme (19) en béton recouvrant au moins partiellement deux ou plusieurs éléments (18) et on procède à la construction de bâtiments (30) sur ladite plate-forme (19 > . 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure C12,12a,12b,...) . > des pieux (5,5a,5b,...) est située en dessous du niveau Inférieur (13) d'agitation des eaux. 3.- Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que lesdits éléments de support (18) sont équipés d'un dispositif anti-roulis. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pieux (5,5a, 5b,... ) sont creux. 5.- Pieu pour construction en eaux profondes, destiné à relier des fondations effectuees dans un sol existant sous une hauteur d'eau à une plate-forme de support de bâtiments, caractérisé en ce qu'il est flottant. 6.- Pieu selon la revendication 5, ancre à une zone de fondation dans un sol existant sous une hauteur d'eau, caractérisé en ce qu'il a été amene à une flottabilité sensiblement nulle par lestage. 7.- Pieu selon l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu' il a une paroi extérieure (20) dimensionnée pour supporter la charge supérieure. 8.- Pieu selon l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi intérieure (21) formant un fût de circulation verticale, la paroi extérieure (20) étant reliée à la paroi interieure (21) par des raidisseurs (22,23), l'espace entre paroi extérieure et paroi intérieure formant caisson de lestage. 9.- Pieu selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des ailerons (24) de contreventement. 10.- Pieu selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu' il comporte à sa partie externe, par niveau de réseau d'attaches, deux séries de quatre anneaux (11) de fixation des attaches (7), diamétralement opposés deux à deux et verticalement alignés deux à deux.