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Procédé et appareil antiérosion.
La présente invention concerne d'une manière générale des phénomènes de transport par fluide. D'une manière spécifique, l'invention se rapporte à un procédé et un appareil antiérosion servant à empêcher le transport de matière à partir du voisinage de constructions érigées dans un fluide en écoulement.
Le phénomène d'érosion, c'est-à-dire le phénomène d'enlèvement ou d'élimination par un courant
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de fluide, est un problème bien connu dans le cas de constructions érigées dans des masses d'eau en mouvement. Les mécanismes d'érosion sont présents autour de toute construction fixée dans le trajet d'un fluide en mouvement et sont associés à celle-ci.
L'érosion est particulièrement importante lorsqu'on essaye de maintenir l'intégrité structurelle de constructions supportées par gravité et enfoncées dans un lit sédimentaire en dessous d'une masse d'eau en mouvement.
L'entraînement par érosion de sédiments à partir d'endroits situés autour de constructions enfoncées dans le lit en dessous d'une masse d'eau en mouvement pose un problème difficile à résoudre.
L'érosion se produit en présence des critères suivants : un fluide en mouvement, une construction relativement fixe et une matière meuble associée à la construction. L'érosion est l'enlèvement progressif de la matière d'endroits situés autour de la construction ou en dessous de celle-ci.
D'une manière spécifique, le processus d'érosion agit sur toute matière associée à un objet disposé dans le trajet d'un fluide en mouvement. L'érosion est un phénomène universel que l'on rencontre ou que l'on subit fréquemment. Par exemple, un individu debout sur une plage qui permet à l'eau de s'écouler autour de ses pieds et le long de ceux-ci et de déloger le sable des endroits situés autour de ses pieds et en dessous de ceux-ci perçoit le phénomène d'érosion.
Du point de vue industriel, l'érosion est un problème critique dans de nombreuses zones off shore dans lesquelles des constructions lourdes et volumineuses, telles que des plates-formes de forage et de production off shore, doivent être supportées par le fond en dessous de l'océan. De même, l'érosion est un
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facteur critique dans la conception de colonnes qui supportent des ponts franchissant des fleuves ou d'autres masses d'eau en mouvement. L'érosion réduit de manière critique le support fourni à une construction supportée par gravité.
Il est bien connu de retarder le processus d'érosion en utilisant des sacs de sable pour combler les trous laissés par la matière enlevée. Même le repositionnement de la construction s'est avéré économiquement intéressant pour éviter des problèmes d'érosion excessifs.
Plus récemment, on a utilisé de nombreux procédés différents pour empêcher ou retarder l'érosion. On a utilisé une matière du genre treillis pour couvrir le fond autour d'une construction en dessous de la masse d'eau. Le treillis s'est avéré utile au voisinage immédiat de la construction, mais il a entraîné une érosion excessive d'une région étendue qui l'entoure. D'autres procédés visant à empêcher l'érosion impliquent l'implantation d'une matière plus dense autour de la construction. Les matières utilisées sont, par exemple, du béton et de l'asphalte. Les procédés d'implantation ont suscité des problèmes d'érosion encore plus graves selon la profondeur et la largeur de l'implant.
Il est également de pratique courante dans de nombreuses zones off shore comprenant des constructions importantes qui subissent une érosion significative d'utiliser des plongeurs industriels. Les plongeurs se déplacent le long du fond en dessous de la masse d'eau et utilisent des dispositifs qui refoulent par soufflage les sédiments du fond d'une zone adjacente dans les trous formés par l'érosion autour des constructions.
Tous les dispositifs et les procédés connus ou utilisés actuellement pour empêcher, réduire ou réparer
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les dégâts causés par l'érosion s'attaquent aux effets du processus d'érosion. Les dispositifs et les procédés, dont certains sont décrits plus haut, mettent simplement en oeuvre des techniques d'ingénierie qui ont été mises au point pour traiter un problème courant et universel. Aucun des dispositifs ou des procédés décrits ne s'attaque à la cause de l'érosion.
Nombreux et variés sont les facteurs qui peuvent favoriser le phénomène d'érosion. Particulièrement importante est la consistance de la matière dans laquelle la construction est enfoncée. Un fond marin formé d'une matière non cohérente est extrêmement sensible aux forces d'érosion. Un fond situé en dessous d'une masse d'eau et formé en substance de matière vaseuse, de sable ou de gravier, est donc très sensible au processus d'érosion. Le processus d'érosion est favorisé par la présence d'une telle matière non cohérente, car l'érosion exige le dégagement, la mise en suspension et le déplacement des sédiments de fond.
Un autre paramètre critique du processus d'érosion est la vitesse du courant du fluide. Il existe une vitesse de courant critique associée, de manière non exclusive, à la géométrie de la construction et à la matière ou aux sédiments à transporter.
Par conséquent, une vitesse de courant critique requise pour amorcer l'érosion peut être exprimée en fonction des paramètres suivants : la forme géométrique de la construction, la granulométrie et la densité des sédiments à transporter et la forme même de ces sédiments.
L'érosion peut affecter défavorablement la stabilité structurelle d'un objet autour duquel ce phénomène se produit. Par exemple, une colonne enfoncée dans des sédiments non cohérents en dessous d'une masse d'eau en mouvement subit une érosion environnante
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significative. A mesure que les sédiments sont enlevés autour de la colonne, la section de la colonne exposée à la force produite par l'eau en écoulement augmente.
Une augmentation de la section rencontrée entraîne une augmentation de la force totale nuisant à la stabilité de la colonne.
De même, à mesure que les sédiments sont enlevés autour de la colonne, l'aire de contact efficace des sédiments de fond avec la construction diminue. L'aire de contact efficace des sédiments de fond avec la construction est directement proportionnelle à la force requise pour déloger la construction.
A mesure que l'aire de contact efficace diminue, la force qui doit être exercée sur la construction par l'eau entrant en contact avec cette construction diminue également. Cela étant, la stabilité de la construction est réduite, car le support structurel fourni par les sédiments de fond en contact avec la construction a été réduit.
A mesure que le phénomène d'érosion progresse et que les sédiments de fond sont enlevés, une considération supplémentaire a trait au décalage du point d'appui autour duquel la colonne pivote. Le point d'appui pour une construction supportée par gravité et enfoncée dans des sédiments non cohérents se situe normalement à un certain endroit dans les sédiments en dessous de l'interface sédiments-eau. Une faible variation de l'emplacement du point d'appui entraîne une modification des longueurs de bras de levier associées au système et provoque une modification significative des forces de fixation et de délogement de la colonne. Une faible modification des longueurs de bras de levier modifie considérablement les amplitudes relatives des forces.
Ainsi, la force associée au courant favorisant le délogement est très fortement
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accrue et la force associée aux sédiments de fond qui maintiennent la colonne fixée sont fortement diminuées.
Par conséquent, le degré et le taux d'érosion sont extrêmement importants en ce qui concerne la stabilité d'une construction quelconque enfoncée dans de la matière en dessous d'une masse d'eau en mouvement.
L'industrie a donc besoin d'un appareil antiérosion qui puisse être associé à une construction enfoncée dans de la matière en dessous d'une masse de fluide en mouvement qui, en même temps, présente une intégrité structurelle accrue, puisse être facilement incorporé dans une nouvelle construction ou être assemblé et installé sur une ancienne construction et soit beaucoup moins onéreux que tous les dispositifs et les procédés connus jusqu'à présent.
Cela étant, l'invention a pour buts de procurer : un appareil et un procédé antiérosion uniques destinés à être mis en oeuvre avec des constructions enfoncées dans le fond en dessous d'une masse d'eau en mouvement ; un appareil et un procédé antiérosion pour manipuler et maîtriser les mécanismes de transport associés au déplacement de matière autour d'une construction dans un fluide en mouvement ; un appareil et un procédé antiérosion pour maîtriser les courants favorisant l'érosion ; des moyens pour empêcher la projection sur la matière sédimentaire supportant une construction, du remous dirigé vers le bas associé à l'impact de l'eau en mouvement sur la construction ;
un appareil et un procédé antiérosion qui réduisent l'importance de la séparation de l'écoulement de fluide associé à une construction, ce qui diminue le sillage en aval de la construction ;
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un appareil et un procédé antiérosion pour retarder la séparation de l'écoulement de fluide, ce qui diminue l'importance de la résistance offerte par la construction ; un appareil et un procédé antiérosion pour empêcher l'impact d'un remous dirigé vers le bas associé à un écoulement de fluide et à une construction implantée dans cet écoulement, sur les sédiments de fond afin d'éviter un transfert d'énergie du remous aux sédiments ;
un appareil de protection antiérosion et un procédé pour empêcher, en aval d'une construction érigée dans un fluide en mouvement, la fermeture du sillage par le mécanisme de transport des sédiments de fond.
D'autres buts et avantages de l'invention seront décrits en partie dans la description qui suit et ressortiront en partie de la description ou de la mise en pratique de l'invention.
Suivant l'invention, un procédé et un appareil antiérosion uniques sont prévus pour empêcher, réduire ou réparer les dégâts de l'érosion au voisinage d'une construction qui se dresse à partir du fond en dessous d'une masse d'eau en mouvement. Dans une forme d'exécution de l'invention, un appareil antiérosion est prévu et comprend un ou plusieurs déflecteurs, un dispositif pour maintenir les positions relatives des déflecteurs entre eux et par rapport au fond en dessous de-la masse d'eau, et plusieurs générateurs de turbulence hydrauliques associés activement à la construction.
Il est préférable que l'appareil antiérosion comprenne deux déflecteurs : un déflecteur supérieur et un déflecteur inférieur. Les deux déflecteurs sont, de préférence, des plaques circulaires présentant une
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ouverture centrale que la construction traverse. Le déflecteur inférieur attaque le fond en dessous de la masse d'eau et le déflecteur supérieur reste espacé du déflecteur inférieur.
Le déflecteur inférieur comporte, de préférence, un grand nombre de perforations. Les perforations dans le déflecteur inférieur captent des sédiments de fond meubles qui passent au-dessus de la surface du déflecteur inférieur. Les sédiments de fond ainsi captés tombent à travers les perforations et remplissent les vides éventuels en dessous du déflecteur inférieur causés par une érosion précédente.
Il est préférable que le dispositif destiné à maintenir la relation de position des déflecteurs et du fond comprenne une douille présentant une surface interne conformée de manière à entourer la construction, une surface externe, un orifice supérieur et un orifice inférieur. La surface interne de la douille est engagée de façon mobile et de façon amovible avec la construction. Un déflecteur est fixé à chaque extrémité de la douille par des moyens de fixation classiques quelconques.
Plusieurs génératuers de turbulence hydrauliques sont également associés de préférence à la construction. Les générateurs de turbulence hydrauliques comprennent une série de nervures alignées longitudinalement sur la douille.
Suivant une autre forme d'exécution de l'invention, il est prévu un procédé pour empêcher, réduire ou réparer les dégâts de l'érosion au voisinage d'une construction qui se dresse verticalement à partir d'un fond en dessous d'une masse d'eau en mouvement, ce
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procédé comprenant une série d'opérations. En premier édé comprena e lieu, à un endroit situé près de la construction et audessus du fond, un remous dirigé vers le bas et causé
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par l'impact de l'eau sur la construction est dévié de manière à dissocier la structure d'écoulement du remous. En second lieu, à un endroit situé près de la construction et près du fond, le remous dirigé vers le bas et causé par l'impact de l'eau sur la construction est dévié afin d'éviter un impact de ce remous sur le fond.
En troisième lieu, des sédiments meubles du fond sont captés pour remplir les vides formés par une érosion précédente au voisinage de la construction. Et en quatrième lieu, l'eau qui passe près de la construction est hydrauliquement contrariée pour retarder la séparation de l'écoulement de l'eau, ce qui réduit l'importance de la force exercée sur la construction ainsi que les dimensions du sillage en aval de la construction et améliore ainsi les caractéristiques antiérosion de l'appareil.
Suivant encore une autre forme d'exécution de l'invention, un kit de montage est prévu et comprend un ensemble d'éléments propres à être assemblés en un appareil antiérosion pour empêcher, réduire ou réparer les dégâts de l'érosion au voisinage d'une construction se dressant verticalement à partir du fond en dessous d'une masse d'eau. Les éléments du kit de montage comprennent, à titre de pièces coopérantes : un déflecteur supérieur, un déflecteur inférieur, une douille engagée de façon mobile et amovible avec la construction, des moyens pour fixer les déflecteurs à la douille et plusieurs générateurs de turbulence hydrauliques associés à la douille.
Les déflecteurs supérieur et inférieur sont, de préférence, des plaques circulaires percées d'une ouverture centrale que la construction traverse. La plaque inférieure est posée sur le fond en dessous de la masse d'eau et la plaque supérieure est maintenue à une certaine distance de la plaque inférieure par la
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douille. Les déflecteurs sont fixés à la douille par des moyens de fixation classiques quelconques.
Les divers générateurs de turbulence hydrauliques comprennent essentiellement une série de nervures qui s'étendent longitudinalement le long de la surface externe de la douille. Les générateurs de turbulence hydrauliques introduisent de la turbulence dans l'eau qui s'écoule près de la douille. La turbulence retarde la séparation de l'écoulement de l'eau, ce qui diminue la résistance offerte par la construction et réduit les dimensions du sillage formé en aval de la construction, favorisant ainsi les caractéristiques antiérosion de l'appareil.
Les dessins annexés qui font partie du présent
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mémoire, illustrent une forme d'exécution préférée e de l'invention et servent, en même temps que la description générale de l'invention qui précède et la description détaillée de la forme d'exécution préférée donnée ci-après, à expliquer les principes de l'invention.
Dans les dessins annexés : la Fig. l est une vue en perspective d'une construction off shore classique illustrant les effets de l'érosion générale et de l'érosion locale ; la Fig. 2 est une vue de côté d'un élément de support vertical qui se dresse à partir d'un endroit situé en dessous du fond d'une masse d'eau et illustre les caractéristiques d'écoulement dans un plan parallèle à l'axe longitudinal de l'élément ; la Fig. 3 est une vue du dessus d'un élément de support vertical partant du fond d'une masse d'eau et illustre les caractéristiques d'écoulement dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de cet élément ;
la Fig. 4 est une projection axonométrique d'une vue de côté illustrant les effets des tourbillons
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de remous dirigés vers le bas et des tourbillons de remous dirigés vers le haut au voisinage de l'élément de support ; la Fig. 5 est une vue en coupe transversale illustrant en perspective une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion conforme à l'invention ; la Fig. 6 est une vue en plan de l'appareil antiérosion suivant le plan de coupe 6-6 de la Fig. 5. la Fig. 7A est une vue en perspective d'une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion conforme à l'invention illustrant les sections mobiles du déflecteur supérieur ; la Fig. 7B est une vue de détail en partie en coupe d'une section mobile du déflecteur supérieur ;
la Fig. 7C est une vue en coupe suivant la ligne 7C-7C de la Fig. 7A illustrant une vue en plan de la douille ; la Fig. SA est une vue en perspective d'une forme d'exécution d'un appareil antiérosion moulé conforme à l'invention ; la Fig. SB est une vue en coupe suivant la ligne 8B-8B de la Fig. 8A illustrant la jonction des moitiés de l'appareil antiérosion moulé, et la Fig. 8C est une vue en élévation de l'appareil antiérosion moulé représenté sur la Fig. 8A.
La description générale qui précède et la description détaillée qui suit illustrent simplement l'invention et des modes, avantages et particularités supplémentaires de l'invention apparaîtront clairement aux yeux des spécialistes à la lecture de la description détaillée suivante.
On se référera à présent en détail à une forme d'exécution actuellement préférée de l'invention qui est illustrée aux dessins annexés.
La Fig. l est une vue en perspective d'une
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construction off shore classique 2. La construction off shore 2 comporte plusieurs éléments de support 4. Les éléments de support 4 s'étendent verticalement dans le fond 20 en dessous d'une masse d'eau 60. La construction off shore 2 est une construction supportée par gravité et fixée par les éléments de support 4 qui sont enfoncés dans le sol meuble du fond 20.
En général, de grandes constructions compliquées telles que la construction off shore 2 subissent deux types d'érosion. Les deux types d'érosion sont l'érosion générale et l'érosion locale. L'érosion générale et l'érosion locale sont illustrées sur la Fig. l par les chiffres de référence 22 et 24, respectivement. L'érosion générale 22 traduit l'élimination des sédiments 20 du fond dans tout le voisinage de la construction off shore 2. L'érosion locale 24 traduit l'élimination des sédiments 20 du fond au voisinage de chaque élément de support 4.
La Fig. l illustre les principes généraux de l'érosion. L'érosion peut être mieux comprise si l'on examine ce que le courant qui s'approche"voit". Le courant qui s'approche réagit avec les objets qui l'attaquent en produisant en effet spécifique basé sur la dimension de la construction et sur l'énergie associée au courant.
En général, un courant qui s'approche d'un objet tel que la construction off shore 2 réagit à grande échelle et à petite échelle. Les effets du courant attaquant la construction off shore 2 produisent donc des effets associés à la construction principale 2 et aux éléments de support 4 de moindre importance. Les caractéristiques du courant réagissant avec la construction off shore 2, dans sa totalité, produisent l'érosion générale 22. Les effets du courant réagissant avec chaque élément de support individuel 4
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produisent l'érosion locale 24.
Dans chaque cas, qu'il s'agisse de l'érosion générale 22 ou de l'érosion locale 24, le courant ou l'écoulement de l'eau au voisinage de la construction off shore 2, d'une manière générale, et des éléments de support 4, d'une manière spécifique, entraîne une augmentation des vitesses d'écoulement autour de la construction par suite de la réduction de la section d'écoulement provoquée par la présence des constructions respectives.
La Fig. 2 illustre les caractéristiques d'écoulement de base associées au processus d'érosion.
Un élément 4 de la construction est enfoncé dans le sol meuble du fond 20 en dessous d'une masse d'eau 60. Un courant d'amont 62 attaque la section exposée de l'élément 4. Le courant d'amont 62 présente une courbe de vitesse 63. Selon la courbe de vitesse 63, la vitesse diminue à mesure que la profondeur augmente. La présence physique de l'élément 4 de la construction réduit le volume d'écoulement disponible dans lequel le courant d'amont 62 doit passer. Le volume restreint par lequel le courant d'amont 62 doit passer provoque une modification des caractéristiques d'écoulement.
La diminution du volume disponible force le courant d'amont 62 à accélérer en passant autour de l'élément 4 de la construction. La vitesse latérale 64 accrue est une caractéristique principale de l'obstruction du courant d'amont 62.
D'une manière plus significative, comme le montre la Fig. 2, lorsque le courant d'amont 62 attaque l'élément 4 de la construction, un remous dirigé vers le bas 66 est créé vers le bas le long de la surface antérieure de l'élément 4 de la construction. Le remous 66 dirigé vers le bas est provoqué principalement par la courbe de vitesse 63. La courbe de vitesse 63 exprime la relation inverse entre la profondeur et la
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vitesse, c'est-à-dire en général que la vitesse diminue à mesure que la profondeur augmente. La relation de la vitesse et de la profondeur, exprimée par la courbe de vitesse 63, a trait à la partie de la masse d'eau 60 où des forces de friction dues au mouvement du courant d'amont 62 par rapport au fond 20 sont de première importance.
La courbe de vitesse 63 peut être exprimée par une fonction exponentielle et crée un gradient de pression le long du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction. La pression à un endroit quelconque le long du côté amont 6 est directement proportionnelle à la vitesse en n'importe quel endroit de la courbe de vitesse 63. La pression augmente donc de manière exponentielle et la vitesse diminue de manière exponentielle le long du côté amont 6 en fonction de la profondeur. Les gradients de pression et de vitesse créent un trajet vers le bas de moindre résistance le long du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction. Les gradients de pression et de vitesse créent et favorisent, en outre, les remous 66 dirigés vers le bas. Les remous 66 dirigés vers le bas sont la cause principale du creux 24 dû à l'érosion.
Lorsque le courant passe autour de l'élément 4 de la construction, provoquant la vitesse latérale accrue 64, un remous dirigé vers le haut 68 est créé vers le haut le long du côté aval 8 de l'élément 4 de la construction. L'énergie associée au remous 68 dirigé vers le haut est largement inférieure à celle associée au remous 66 dirigé vers le bas. De plus, lorsque le courant passe autour de l'élément 4 de la construction et en regard de celui-ci, un tourbillon 70 se forme.
Comme le montre la Fig. 2, le remous 66 dirigé vers le bas est la cause principale du creux d'érosion 24. Toute l'énergie associée au remous 66 dirigé vers
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le bas agit essentiellement sur les sédiments meubles du fond 20. La dissipation complète de l'énergie par le remous 66 dirigé vers le bas déloge des quantités de sédiments meubles significatives du fond 20 et les maintient en suspension. Par conséquent, au moins initialement, le creux d'érosion 24 est relativement plus grand et plus profond du côté amont 6 de l'élément 4 que du côté aval 8.
La Fig. 3 illustre des caractéristiques du courant lorsqu'il contourne l'élément 4 de la construction et qu'il passe en regard de celui-ci. La Fig. 3 illustre les caractéristiques d'écoulement et de pression dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément 4. Le courant d'amont 62 se rapproche de l'élément 4 et l'attaque. Les lignes de courant 73 illustrent le trajet suivi par le courant lorsqu'il s'approche de l'élément 4 de la construction, qu'il l'attaque, qu'il le contourne et qu'il s'en sépare.
Les vitesses relatives sont illustrées par les lignes de courant 73 sur la Fig. 3. A mesure que le courant d'amont 62 se rapproche de l'élément 4 de la construction, la vitesse transversale est constante. La vitesse transversale constante est indiquée par l'espacement égal des lignes de courant 73 avant que le courant soit influencé par l'élément 4 de la construction. A mesure que le courant s'approche de l'élément 4, les lignes de courant intérieures 74 se rapprochent de manière asymptotique de l'élément 4. D'une manière analogue, les lignes de courant intérieures 74 et les lignes de courant intermédiaires 76 se rapprochent de plus en plus, de même que les lignes de courant intermédiaires 76 et les lignes de courant extérieures 78.
Le rétrécissement de la distance entre les lignes de courant 73 indique une augmentation de la vitesse lorsque le courant contourne l'élément 4 de la cons-
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truction.
Une réduction drastique de la vitesse longitudinale se produit au niveau du côté d'amont 6 de l'élément 4 de la construction. La réduction de la vitesse longitudinale est illustrée sur la Fig. 3 par le large intervalle 80 séparant les lignes de courant intérieures 74. La réduction de la vitesse longitudinale illustrée par l'intervalle 80 n'indique pas que la vitesse est nulle au niveau de l'interface. En théorie, la vitesse d'un fluide en mouvement diminue de manière exponentielle à partir d'une valeur maximum jusqu'à zéro au niveau de l'interface de la structure fluide. Les lignes de courant 73 ne sont pas destinées à une telle analyse à petite échelle. Les lignes de courant 73 sont prévues pour illustrer et expliquer les conséquences de l'impact du courant d'amont 62 sur l'élément 4 de la construction.
La diminution de la vitesse du courant au côté amont 6 de l'élément 4 est le résultat de cet impact. Par conséquent, au côté amont 6 de l'élément 4 de la construction, le courant peut être à une vitesse nulle et même à une vitesse négative par rapport au courant d'amont 62.
La Fig. 3 illustre les différences de pression associées au courant qui contourne l'élément 4 de la construction. Dans le courant d'amont 62, la pression est indiquée par , c'est-à-dire que P=f. A mesure que le courant s'approche de l'élément 4 de la construction, la pression augmente. A un endroit proche du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction ou adjacent à celui-ci, la pression atteint une valeur maximum (P > O). A mesure que le courant progresse autour de l'élément 4 de la construction et près de celui-ci, la pression diminue jusqu'à une valeur inférieure à la pression d'amont initiale (P < ( ). La pression minimum
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associée au courant se situe du côté aval 8 de l'élément 4.
A mesure que le courant poursuit son chemin vers l'aval en regard de l'élément 4, la pression revient à la valeur d'amont non perturbée initiale (P=).
La Fig. 4 illustre la formation du tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas. Le remous 66 dirigé vers le bas attaque le fond 20 pour produire le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas qui contribue à former le creux d'érosion 24. Le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas paraît être formé par le courant d'amont 62 qui attaque l'élément 4 de la construction pour former le remous 66 dirigé vers le bas. Le remous 66 dirigé vers le bas attaque le fond 20 à la base de l'élément 4 pour produire l'effet roulant associé au tourbillon 67. Les tourbillons détachés 70 (Fig. 2) sont des sections du tourbillon 67 du remous vers le bas qui se sont séparées et qui passent à côté de l'élément 4 de la construction.
Les Fig. 2,3 et 4 décrivent les caractéristiques du courant autour de l'élément 4 de la construction. Comme décrit plus haut (voir Fig. 3), l'eau est soumise à une pression élevée du côté amont 6 de l'élément 4. Le courant tend à se stabiliser, l'eau roulant le long des côtés de l'élément 4 de la construction pour créer la vitesse latérale 64 accrue.
Cependant, la diminution de pression associée à la vitesse latérale accrue 64 n'est pas entièrement suffisante pour abaisser la haute pression du côté amont 6 de l'élément 4. Le remous 66 dirigé vers le bas est donc amené à progresser vers le bas du côté amont 6. Le remous 66 dirigé vers le bas descend le long du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction avec une vitesse et une énergie pouvant être exprimées en fonction des particularités suivantes : la vitesse du
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courant d'amont 62, la géométrie de l'élément 4 de la construction, la courbe de vitesse 63 et la différence de pression le long du côté amont 6 de l'élément 4 entre les parties supérieure et inférieure du courant d'amont 62.
Le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas attaque les sédiments meubles du fond 20 délogeant les sédiments attaqués et créant le creux d'érosion 24 du côté amont 6 de l'élément 4. Les sédiments meubles du fond 20 recevant suffisamment d'énergie du tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas sont dégagés du fond 20 et transportés autour de l'élément 4 de la construction par la vitesse latérale accrue 64 et les tourbillons détachés 70. Le transport des sédiments en suspension 30 est assisté par le tourbillon de remous 69 dirigé vers le haut associé au remous 68 dirigé vers le haut.
Les tourbillons détachés 70 exercent donc un effet de levage qui tend à améliorer le transport des sédiments en suspension 30.
Comme le montre la Fig. 4, les sédiments en suspension 30 sont transportés autour de l'élément 4. Une partie des sédiments en suspension 30 entre en collision avec les sédiments non perturbés 32. L'interaction entre les grains causée par l'impact des sédiments en suspension 30 contre les sédiments non perturbés 32 contribue à accroître la quantité de sédiments en suspension 30. Par conséquent, le creux d'érosion 24 s'agrandit davantage.
En général, le creux d'érosion 24 s'approfondit davantage du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction. Le segment plus profond du creux d'érosion 24 situé du côté amont 6 est formé par les conditions d'énergie supérieures qui existent du côté amont 6. Les caractéristiques associées au courant d'amont 62 se retrouvent à une certaine distance en aval de
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l'élément 4 de la construction. Le tourbillon de remous 69 dirigé vers le haut et les tourbillons détachés 70 contribuent à la formation du sillage en aval de l'élément 4. Lorsque l'énergie du tourbillon de remous 69 dirigé vers le haut et des tourbillons détachés 70 est dissipée, les sédiments en suspension 30 se séparent de l'eau 60 pour former la barre de sédiments 26 (Fig. 2).
En général, la barre de sédiments 26 est formée parallèlement au courant d'amont 62 et est contenue dans le sillage d'aval.
Une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion conforme à l'invention est illustrée sur la Fig. 5. L'appareil antiérosion 100 est d'une conception, d'une construction et d'une mise en oeuvre simples. L'appareil 100 comprend essentiellement deux déflecteurs horizontaux, un déflecteur supérieur 110 et un déflecteur inférieur 120 séparés par une douille cylindrique 130 et supportés par celle-ci. La douille s'ajuste autour de l'élément 4 de la construction.
L'ajustage de la douille 130 autour de l'élément 4 de la construction peut être lâche pour permettre à l'élément 4 de se déplacer.
Le déflecteur supérieur 110 a pour effet principal d'empêcher le remous 66 dirigé vers le bas d'attaquer les sédiments meubles du fond 20. De plus, le déflecteur supérieur 110 force le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas qui se développe à attaquer sa surface supérieure et à être balayé de celleci.
Le déflecteur inférieur 120 est placé en contact avec les sédiments meubles du fond 20. Le déflecteur inférieur 120 empêche la vitesse latérale accrue 64 de déloger et de transporter les sédiments du fond 20. De plus, le déflecteur inférieur 120 contribue aussi à empêcher le tourbillon de remous 67 dirigé vers
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le bas d'attaquer les sédiments meubles du fond 20.
La douille 130 fournit un moyen servant à séparer le déflecteur supérieur 110 du déflecteur inférieur 120. La douille 130 fournit également un moyen de fixation de plusieurs nervures 140.
Les nervures 140 constituent une partie extrêmement utile de l'invention. Elles sont fixées à la douille 130 et coïncident avec l'axe longitudinal de l'élément 4 de la construction. Les nervures 140 sont fixées directement à la douille 130. D'une manière spécifique, les nervures 140 se comportent comme des générateurs de turbulence hydrauliques. Le courant d'eau est amené de force dans un état turbulent lorsqu'il passe en regard des nervures 140 et qu'il est sollicité par celles-ci. Les nervures 140 se comportent en substance comme les fossettes d'une balle de golf et provoquent une séparation du courant plus tardive que dans le cas d'une surface lisse.
N'importe quel autre dispositif pouvant agir hydrauliquement sur le courant près de la douille 130 serait acceptable, par exemple une chicane, un prolongement abrupt de la surface, des rugosités sur la surface, etc..
Les nervures 140 réduisent la résistance offerte par l'appareil antiérosion 100 et par l'élément 4 de la construction ainsi que les dimensions et l'intensité du sillage en aval de l'élément 4. Cela étant, près du fond 20, le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas et les tourbillons détachés 70 sont beaucoup moins intenses et ne peuvent en substance pas contribuer à l'érosion. Le courant résultant est constitué par les tourbillons roulants 72. Les tourbillons 72 sont amorcés après que le courant ait attaqué la douille 130 de l'appareil antiérosion 100.
Le courant est sollicité par les nervures 140 qui induisent de la turbulence et provoquent un passage
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global plus doux et moins décelable du courant autour de l'élément 4 de la construction.
Comme le montrent les Fig. 5,6, 7A, 8A et 8B, le déflecteur inférieur 120 comporte une série de perforations 122. Les perforations 122 sont destinées à capter les sédiments en suspension 30 lorsqu'ils passent au-dessus du déflecteur inférieur 120 et en dessous du déflecteur supérieur 110. Comme le courant contournant l'élément 4 de la construction est retardé dans sa séparation par suite des nervures 140, la capture des sédiments en suspension 30 dans les perforations 120 est importante.
Cela étant, les sédiments en suspension 30 captés par les perforations 122 du déflecteur inférieur 120 contribuent à réparer tout creux d'érosion existant 24 qui pourrait être présent avant l'utilisation de l'appareil antiérosion 100. De plus, la formation de la barre de sédiments d'aval 26 (Fig. 2) est nettement réduite par la structure résultante du courant.
L'appareil antiérosion 100 est conçu pour "briser"les courants qui provoquent de l'érosion. De plus, tous les sédiments éventuellement maintenus en suspension de manière indépendante par le courant d'amont 62 sont évacués soit par les tourbillons roulants 72, soit par les tourbillons détachés 70. Le dispositif est donc un dispositif à auto-nettoyage.
La Fig. 6 est une vue en plan suivant la ligne 6-6 de la Fig. 5 d'une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion 100 dont le déflecteur supérieur 110 est divisé en des sections mobiles 112. L'élément 4 de la construction est représenté au centre de la Fig. 6 et l'appareil antiérosion 100 peut être fixé ou placé sans serrage autour de cet élément. Le déflecteur inférieur 120 dont le rayon est supérieur à celui du déflecteur supérieur 110 est représenté comme faisant
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saillie en dessous du déflecteur supérieur 110. Les perforations 122 sont visibles dans la partie du déflecteur inférieur 120 qui s'étend au-delà du déflecteur supérieur 110. Le déflecteur supérieur 110 comporte six sections mobiles 112.
Les sections mobiles 112 sont supportées par les supports 146 qui sont des prolongements horizontaux des nervures 140.
La Fig. 7A est une vue en perspective d'une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion 100 illustrant une section mobile 112 du déflecteur supérieur 110. Chaque section mobile 112 du déflecteur supérieur 110 est fixée de façon mobile à la douille 130 par des moyens de fixation classiques quelconques 150.
La Fig. 7A est une vue de la fixation du déflecteur inférieur 120 à la douille 130. Le déflecteur inférieur 120 est fixé à la douille 130 à l'aide des nervures 140. De plus, la Fig. 7A est une bonne vue en perspective des perforations 122 du déflecteur inférieur 120.
La Fig. 7B est une vue en partie en coupe détaillée d'une section mobile 112 du déflecteur supérieur 110. La section mobile 112 est fixée à la douille 130 par le moyen de fixation 150. Le moyen de fixation 150 comprend essentiellement deux charnons 154 et 156 et un axe 152. Les charnons 156 font partie intégrante de la section mobile 112 ou y sont fixés à demeure. Les charnons 154 sont fixés à la douille 130. Les charnons 154 s'ajustent à l'intérieur des charnons 156. Le système à charnons comprend des charnons 154 et 156 qui reçoivent l'axe 152 afin de fixer la section 112 de manière mobile à la douille 130. La section mobile 112 est maintenue horizontale par le support 146. Le support 146 est le prolongement horizontal d'une nervure 140.
La nervure 140 est fixée à la
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douille 130 par un boulon 142 qui traverse un trou 144 prévu dans la nervure 140.
La Fig. 7C est une vue en coupe transversale suivant la ligne 7C-7C de la Fig. 7A et est une vue en plan de la douille 130 et du système utilisé pour fixer la douille 130 à l'élément 4 de la construction. La douille 130 est représentée avec les nervures 140 et les supports 146 qui y sont attachés. La douille 130 peut être facilement démontée pour permettre l'installation de l'appareil antiérosion 100 sur un élément 4 d'une construction déjà érigée. La douille 130 et le déflecteur inférieur 120 sont fixés l'un à l'autre par les nervures 140 et les supports 146, comme le montre la Fig. 7A.
Les nervures 140 et les supports 146 relient la douille 130 au déflecteur inférieur 120 pour assurer un alignement entre la séparation 124 (Fig. 7A) dans le déflecteur inférieur 120 et la séparation 134 dans la douille 130, ainsi qu'entre la séparation 126 (Fig. 7A) du déflecteur inférieur 120 et la séparation 136 dans la douille 130. Les séparations 124 et 126, 134 et 136 assurent que l'appareil puisse être séparé
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physiquement en deux moitiés 101 et 102, respectit vement. Les moitiés 101 et 102 de l'appareil sont fixées l'une à l'autre à l'aide d'évidements 132 dans la douille 130 et de boulons 138.
L'appareil antiérosion 100 peut être immergé sous la forme de deux moitiés 101 et 102. Des plongeurs professionnels peuvent alors juxtaposer à la main les deux moitiés 101 et 102 de l'appareil et, à l'aide des boulons 138, les assembler en un appareil antiérosion 100 complet.
On comprendra que lorsqu'une construction est initialement construite, il serait extrêmement aisé d'inclure dans la fabrication de cette construction le protecteur antiérosion 100 conforme à l'invention.
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L'utilisation de l'invention avec des constructions nouvellement implantées améliore fortement l'efficacité de l'appareil antiérosion.
La Fig. 8A est une vue en perspective d'un appareil antiérosion 200 moulé en fibres de verre.
L'appareil 200 moulé en fibres de verre comporte une première moitié moulée 201 et une seconde moitié moulée 202. La première moitié moulée 201 comporte un déflecteur supérieur 211 et un déflecteur inférieur 221 reliés par une douille 231. La seconde moitié moulée 202 comporte un déflecteur supérieur 212 et un déflecteur inférieur 222 reliés par une douille 232. La douille 231 et la douille 232 comportent des nervures 240 moulées longitudinalement sur leurs surfaces externes.
La Fig. 8B est une vue en coupe transversale suivant la ligne 8B-8B de la Fig. 8A. La Fig. 8B illustre la jonction de la première moitié moulée 201 et de la seconde moitié moulée 202. Les nervures segmentées 241 et 242 sont réunies par des boulons en fibres de verre 238 et par des écrous en fibres de verre 239. De même, les nervures segmentées 243 et 244 sont réunies par des boulons en fibres de verre 238 et par des écrous en fibres de verre 239.
La Fig. 8C est une vue en élévation de l'appareil 200 moulé en fibres de verre. La Fig. 8C illustre la présence, dans les nervures segmentées 242 et 244, de trous 236 qui reçoivent les boulons en fibres de verre 238. L'utilisation d'un appareil entièrement en fibres de verre élimine les problèmes de corrosion et fournit une matière extrêmement durable et efficace.
La présente invention se prête parfaitement, dans une autre forme d'exécution, à une mise en oeuvre à partir d'un ensemble d'éléments, par exemple d'un kit de montage. On peut assembler ce kit pour former
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l'appareil antiérosion conforme à l'invention. Les éléments peuvent être assemblés à la surface de l'eau, sous eau ou à terre et peuvent être expédiés, dans ce cas, sur le lieu d'utilisation. Lorsqu'on assemble l'appareil antiérosion conforme à l'invention à la surface de l'eau, on peut associer les éléments à la construction de telle sorte que l'appareil puisse glisser vers le bas autour d'un élément de cette construction jusqu'à entrer en contact avec le fond en dessous de la masse d'eau.
De même, on peut associer à la construction, un appareil assemblé à terre et expédié sur le lieu d'utilisation, de telle sorte qu'il puisse glisser vers, le bas autour d'un élément de cette construction. Le fait d'assembler l'appareil anti- érosion sous eau élimine les difficultés suscitées par une mer démontée. Des plongeurs peuvent être utilisés pour assembler les divers éléments à mesure qu'ils sont descendus à partir d'un navire de surface.
Un ensemble d'éléments propre à être assemblé pour former un appareil antiérosion peut comprendre à titre de pièces coopérantes : un ou plusieurs déflecteurs placés au voisinage de la construction, un ou plusieurs éléments pour maintenir la relation de position entre chaque déflecteur et le fond en dessous de la masse d'eau et un dispositif pour induire un écoulement turbulent au voisinage de la construction.
Les déflecteurs peuvent comprendre des plaques dans l'ensemble circulaires. Cependant, tout moyen de déflexion serait acceptable. Par exemple, un déflecteur pourrait comprendre un dispositif destiné à débiter des bulles d'air pour entraver l'écoulement vers le bas près d'une construction. De même, un dispositif destiné à créer des courants d'eau perpendiculaires à l'axe longitudinal de la construction pourrait être utilisé.
N'importe quel dispositif ou procédé servant à faire
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dévier le courant vers le bas près de la construction peut être utilisé pour mettre l'invention en pratique.
La relation de position des déflecteurs peut être maintenue par une douille. Cependant, on peut utiliser n'importe quel moyen ou dispositif structurel pour séparer convenablement les déflecteurs. Le dispositif le plus intéressant est basé sur le type de déflecteur utilisé. La douille peut être un élément physique ou peut simplement impliquer le décalage d'un déflecteur par rapport à l'autre.
Un dispositif pour induire un courant turbulent au voisinage de la construction est qualifié, d'une manière générale, de générateur de turbulence hydraulique. Un générateur de turbulence hydraulique comprend tout dispositif qui amorce un écoulement turbulent au voisinage de la construction. Un tel dispositif peut comprendre des nervures longitudinalement espacées, une surface rugueuse le long de la construction ou plusieurs saillies associées et disposées au hasard sur la surface de la construction. Le dispositif servant à induire un écoulement turbulent peut être directement associé à la construction ou peut être associé à un élément en prise avec la construction.
L'invention est extrêmement pratique, à titre de forme d'exécution supplémentaire, lorsqu'elle est utilisée comme un procédé pour empêcher l'érosion. Ce procédé consiste à faire dévier un remous dirigé vers le bas causé par l'impact de l'eau sur une construction, à capter des sédiments meubles du fond pour remplir des vides créés dans le fond par une érosion précédente au voisinage de la construction et à induire le courant turbulent de l'eau passant près de la construction pour retarder la séparation du courant d'eau, ce qui réduit la résistance offerte par la
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construction ainsi que le poids en aval de la construction.
La déviation du remous dirigé vers le bas s'effectue, de préférence, en deux endroits. En premier lieu, la déviation du remous dirigé vers le bas est effectuée près de la construction et au-dessus du fond sous la masse d'eau. La première déviation peut être assurée par un dispositif quelconque destiné à empêcher l'écoulement vers le bas de l'eau près de la construction. En deuxième lieu, le remous dirigé vers le bas est dévié à un endroit situé près de la construction et près du fond. La distance entre la première déviation et la seconde déviation est déterminée, par l'importance du remous dirigé vers le bas provoqué par l'impact de l'eau sur la construction.
Les sédiments meubles du fond sont captés à l'aide de vides en dessous d'une plaque encerclant la construction et en contact avec le fond en dessous de la masse d'eau. La plaque peut être le second dispositif déflecteur ou peut être associée au second dispositif déflecteur. La plaque destinée à capter des sédiments meubles du fond comporte un grand nombre de perforations destinées à accepter les sédiments meubles lorsqu'ils tombent à travers les perforations par gravité. La plaque permet de réparer l'érosion précédente au voisinage de la construction.
Un écoulement turbulent peut être induit près de la construction par tout dispositif qui se comporte comme un générateur de turbulence hydraulique. Un générateur de turbulence hydraulique peut comprendre n'importe quelle saillie ou creux dans la surface ou associé à la surface pour perturber les caractéristiques d'écoulement laminaires du fluide. Cela étant, tout dispositif qui perturbe les caractéristiques d'écoulement laminaires du fluide peut être facilement
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utilisé dans le procédé conforme à l'invention.
Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'éxécution décrits plus haut auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.
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Anti-erosion process and apparatus.
The present invention relates generally to fluid transport phenomena. Specifically, the invention relates to an anti-erosion method and apparatus for preventing the transport of material from the vicinity of constructions erected in a flowing fluid.
The phenomenon of erosion, i.e. the phenomenon of removal or elimination by a current
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of fluid, is a well known problem in the case of constructions erected in bodies of water in motion. Erosion mechanisms are present around and associated with any construction fixed in the path of a moving fluid.
Erosion is particularly important when trying to maintain the structural integrity of structures supported by gravity and sunk into a sedimentary bed below a moving body of water.
The entrainment of sediment by erosion from places around constructions sunk into the bed below a moving body of water poses a difficult problem to solve.
Erosion occurs in the presence of the following criteria: a moving fluid, a relatively fixed construction and a loose material associated with the construction. Erosion is the gradual removal of material from places around or below the structure.
Specifically, the erosion process acts on any material associated with an object placed in the path of a moving fluid. Erosion is a universal phenomenon that one encounters or experiences frequently. For example, an individual standing on a beach that allows water to flow around and along his feet and to dislodge sand from places around and below his feet perceives the phenomenon of erosion.
From an industrial point of view, erosion is a critical problem in many offshore areas in which heavy and bulky constructions, such as offshore drilling and production platforms, must be supported by the bottom below the ocean. Likewise, erosion is a
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a critical factor in the design of columns that support bridges crossing rivers or other moving bodies of water. Erosion critically reduces the support provided to a gravity supported construction.
It is well known to delay the erosion process by using sandbags to fill the holes left by the removed material. Even the repositioning of the construction has proven to be economically advantageous to avoid excessive erosion problems.
More recently, many different methods have been used to prevent or delay erosion. A mesh-like material was used to cover the bottom around a structure below the body of water. The trellis has proven useful in the immediate vicinity of the building, but has resulted in excessive erosion of a large area surrounding it. Other methods of preventing erosion involve the implantation of denser material around the construction. The materials used are, for example, concrete and asphalt. The implantation procedures have caused even more serious erosion problems depending on the depth and width of the implant.
It is also common practice in many offshore areas including large constructions which undergo significant erosion to use industrial divers. Divers move along the bottom below the body of water and use devices that blow the sediments from the bottom of an adjacent area into the holes formed by erosion around the constructions.
All devices and methods known or currently used to prevent, reduce or repair
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the damage caused by erosion attacks the effects of the erosion process. The devices and methods, some of which are described above, simply employ engineering techniques which have been developed to address a common and universal problem. None of the devices or processes described addresses the cause of erosion.
Many and varied are the factors that can promote the phenomenon of erosion. Particularly important is the consistency of the material in which the construction is embedded. A seabed made of non-coherent material is extremely sensitive to erosion forces. A bottom located below a body of water and formed in substance of muddy material, sand or gravel, is therefore very sensitive to the erosion process. The erosion process is favored by the presence of such non-coherent matter, since erosion requires the release, suspension and displacement of bottom sediments.
Another critical parameter of the erosion process is the speed of the fluid current. There is a critical current speed associated, not exclusively, with the construction geometry and the material or sediment to be transported.
Consequently, a critical current speed required to initiate erosion can be expressed as a function of the following parameters: the geometric shape of the construction, the particle size and density of the sediments to be transported and the very shape of these sediments.
Erosion can adversely affect the structural stability of an object around which this phenomenon occurs. For example, a column buried in non-coherent sediments below a moving body of water undergoes surrounding erosion
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significant. As the sediment is removed around the column, the section of the column exposed to the force produced by the flowing water increases.
An increase in the section encountered leads to an increase in the total force, which affects the stability of the column.
Likewise, as the sediment is removed around the column, the effective contact area of the bottom sediment with the structure decreases. The effective contact area of the bottom sediments with the construction is directly proportional to the force required to dislodge the construction.
As the effective contact area decreases, the force which must be exerted on the construction by the water coming into contact with this construction also decreases. However, the stability of the construction is reduced since the structural support provided by the bottom sediments in contact with the construction has been reduced.
As the erosion phenomenon progresses and the bottom sediments are removed, an additional consideration relates to the offset of the fulcrum around which the column pivots. The fulcrum for a construction supported by gravity and embedded in non-coherent sediments is normally located at a certain place in the sediments below the sediment-water interface. A slight variation in the location of the fulcrum causes a change in the lever arm lengths associated with the system and causes a significant change in the fixing and dislodging forces of the column. A small change in the lengths of the lever arm considerably changes the relative amplitudes of the forces.
Thus, the force associated with the current promoting dislocation is very strongly
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increased and the strength associated with the bottom sediments that keep the column fixed is greatly reduced.
Therefore, the degree and rate of erosion is extremely important with regard to the stability of any construction embedded in material below a moving body of water.
The industry therefore needs an anti-erosion device which can be associated with a construction embedded in material below a mass of fluid in motion which, at the same time, has increased structural integrity, can be easily incorporated into a new construction or be assembled and installed on an old construction and is much less expensive than all the devices and methods known so far.
However, the invention aims to provide: a unique anti-erosion apparatus and method intended to be implemented with constructions sunk into the bottom below a moving body of water; an anti-erosion apparatus and method for manipulating and controlling the transport mechanisms associated with the movement of material around a construction in a moving fluid; an anti-erosion apparatus and method for controlling the erosion-promoting currents; means for preventing the projection of the downward eddy associated with the impact of the moving water on the construction on the sedimentary material supporting a construction;
an anti-erosion apparatus and method that reduces the amount of separation of fluid flow associated with a construction, which decreases the wake downstream of the construction;
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an anti-erosion apparatus and method for delaying the separation of the fluid flow, which decreases the amount of resistance offered by the construction; an anti-erosion apparatus and method for preventing the impact of a downward eddy associated with a fluid flow and a construction implanted in this flow, on the bottom sediments in order to avoid an energy transfer from the eddy sediment;
an erosion protection apparatus and a method for preventing, downstream of a construction erected in a moving fluid, the closing of the wake by the mechanism for transporting the bottom sediments.
Other objects and advantages of the invention will be described in part in the description which follows and will emerge in part from the description or from the practice of the invention.
According to the invention, a unique anti-erosion method and apparatus are provided for preventing, reducing or repairing erosion damage in the vicinity of a construction which rises from the bottom below a moving body of water . In one embodiment of the invention, an anti-erosion device is provided and includes one or more deflectors, a device for maintaining the relative positions of the deflectors with one another and with respect to the bottom below the body of water, and several hydraulic turbulence generators actively involved in construction.
It is preferable that the erosion control device comprises two deflectors: an upper deflector and a lower deflector. The two deflectors are preferably circular plates having a
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central opening that the building crosses. The lower deflector attacks the bottom below the body of water and the upper deflector remains spaced from the lower deflector.
The lower deflector preferably has a large number of perforations. The perforations in the lower deflector capture loose bottom sediments which pass over the surface of the lower deflector. The bottom sediments thus captured fall through the perforations and fill any voids below the lower deflector caused by previous erosion.
It is preferable that the device intended to maintain the positional relationship of the deflectors and of the bottom comprises a socket having an internal surface shaped so as to surround the construction, an external surface, an upper opening and a lower opening. The internal surface of the sleeve is movably and removably engaged with the construction. A deflector is fixed to each end of the socket by any conventional fixing means.
Several hydraulic turbulence generators are also preferably associated with the construction. Hydraulic turbulence generators include a series of ribs aligned longitudinally on the sleeve.
According to another embodiment of the invention, there is provided a method for preventing, reducing or repairing erosion damage in the vicinity of a construction which stands vertically from a bottom below a mass of moving water, this
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process comprising a series of operations. At first, there was a place, at a place near the building and above the bottom, a swirl directed downwards and caused
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by the impact of water on the construction is deflected so as to dissociate the flow structure of the eddy. Second, at a location near the building and near the bottom, the downward eddy caused by the impact of water on the building is deflected to avoid an impact of this eddy on the bottom .
Third, loose bottom sediments are captured to fill the voids formed by previous erosion in the vicinity of the construction. And fourthly, the water that passes near the construction is hydraulically thwarted to delay the separation of the water flow, which reduces the importance of the force exerted on the construction as well as the dimensions of the wake in downstream of the construction and thus improves the anti-erosion characteristics of the device.
According to yet another embodiment of the invention, a mounting kit is provided and includes a set of elements suitable for being assembled into an anti-erosion device to prevent, reduce or repair the erosion damage in the vicinity of a construction standing vertically from the bottom below a body of water. The elements of the mounting kit include, as cooperating parts: an upper deflector, a lower deflector, a socket movably and removably engaged with the construction, means for fixing the deflectors to the socket and several associated hydraulic turbulence generators at the socket.
The upper and lower deflectors are preferably circular plates pierced with a central opening through which the construction passes. The lower plate is placed on the bottom below the body of water and the upper plate is kept at a certain distance from the lower plate by the
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socket. The deflectors are fixed to the bushing by any conventional fixing means.
The various hydraulic turbulence generators essentially comprise a series of ribs which extend longitudinally along the external surface of the bush. Hydraulic turbulence generators introduce turbulence into the water flowing near the bush. The turbulence delays the separation of the water flow, which reduces the resistance offered by the construction and reduces the dimensions of the wake formed downstream of the construction, thus promoting the anti-erosion characteristics of the device.
The accompanying drawings which form part of this
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thesis, illustrate a preferred embodiment of the invention and serve, together with the general description of the above invention and the detailed description of the preferred embodiment given below, to explain the principles of the invention.
In the accompanying drawings: FIG. l is a perspective view of a conventional off shore construction illustrating the effects of general erosion and local erosion; Fig. 2 is a side view of a vertical support element which rises from a location below the bottom of a body of water and illustrates the flow characteristics in a plane parallel to the longitudinal axis of the element; Fig. 3 is a top view of a vertical support element starting from the bottom of a body of water and illustrates the flow characteristics in the plane perpendicular to the longitudinal axis of this element;
Fig. 4 is an axonometric projection of a side view illustrating the effects of vortices
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eddies directed downward and eddies eddied upward in the vicinity of the support member; Fig. 5 is a cross-sectional view illustrating in perspective a preferred embodiment of the anti-erosion device according to the invention; Fig. 6 is a plan view of the anti-erosion device according to the section plane 6-6 of FIG. 5. FIG. 7A is a perspective view of a preferred embodiment of the anti-erosion device according to the invention illustrating the mobile sections of the upper deflector; Fig. 7B is a detail view partly in section of a movable section of the upper deflector;
Fig. 7C is a sectional view along line 7C-7C of FIG. 7A illustrating a plan view of the socket; Fig. SA is a perspective view of an embodiment of a molded anti-erosion device according to the invention; Fig. SB is a sectional view along line 8B-8B of FIG. 8A illustrating the junction of the halves of the molded erosion control device, and FIG. 8C is an elevational view of the molded erosion control device shown in FIG. 8A.
The general description which precedes and the detailed description which follows simply illustrate the invention and additional modes, advantages and peculiarities of the invention will appear clearly to the specialists on reading the following detailed description.
We will now refer in detail to a currently preferred embodiment of the invention which is illustrated in the accompanying drawings.
Fig. l is a perspective view of a
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conventional off shore construction 2. The off shore construction 2 comprises several support elements 4. The support elements 4 extend vertically in the bottom 20 below a body of water 60. The off shore 2 construction is a construction supported by gravity and fixed by the support elements 4 which are driven into the soft ground of the bottom 20.
In general, large complicated constructions such as offshore construction 2 undergo two types of erosion. The two types of erosion are general erosion and local erosion. General and local erosion are illustrated in Fig. l by reference numbers 22 and 24, respectively. The general erosion 22 translates the elimination of the sediments 20 from the bottom throughout the vicinity of the offshore construction 2. The local erosion 24 translates the elimination of the sediments 20 from the bottom in the vicinity of each support element 4.
Fig. l illustrates the general principles of erosion. Erosion can be better understood if one examines what the approaching current "sees". The approaching current reacts with the objects that attack it, producing a specific effect based on the size of the construction and on the energy associated with the current.
In general, a current approaching an object such as offshore construction 2 reacts on a large scale and on a small scale. The effects of the current attacking the offshore construction 2 therefore produce effects associated with the main construction 2 and the less important support elements 4. The characteristics of the current reacting with the offshore construction 2, in its entirety, produce general erosion 22. The effects of the current reacting with each individual support element 4
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produce local erosion 24.
In each case, whether it be general erosion 22 or local erosion 24, the current or flow of water in the vicinity of offshore construction 2, in general, and support elements 4, in a specific manner, causes an increase in the flow velocities around the construction as a result of the reduction in the flow section caused by the presence of the respective constructions.
Fig. 2 illustrates the basic flow characteristics associated with the erosion process.
An element 4 of the construction is driven into the loose soil of the bottom 20 below a body of water 60. An upstream stream 62 attacks the exposed section of the element 4. The upstream stream 62 has a speed curve 63. According to speed curve 63, the speed decreases as the depth increases. The physical presence of element 4 of the construction reduces the available flow volume through which the upstream stream 62 must pass. The restricted volume through which the upstream current 62 must pass causes a modification of the flow characteristics.
The reduction in the available volume forces the upstream current 62 to accelerate in passing around the element 4 of the construction. The increased lateral speed 64 is a main characteristic of the obstruction of the upstream current 62.
More significantly, as shown in Fig. 2, when the upstream current 62 attacks element 4 of the construction, a downward eddy 66 is created downward along the anterior surface of element 4 of the construction. The downward swirl 66 is caused mainly by the speed curve 63. The speed curve 63 expresses the inverse relationship between the depth and the
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speed, that is to say in general that the speed decreases as the depth increases. The relationship of speed and depth, expressed by the speed curve 63, relates to the part of the body of water 60 where friction forces due to the movement of the upstream current 62 relative to the bottom 20 are of primary importance.
The speed curve 63 can be expressed by an exponential function and creates a pressure gradient along the upstream side 6 of the element 4 of the construction. The pressure at any point along the upstream side 6 is directly proportional to the speed at any point on the speed curve 63. The pressure therefore increases exponentially and the speed decreases exponentially along the upstream side 6 depending on the depth. The pressure and speed gradients create a path of least resistance down along the upstream side 6 of the element 4 of the construction. The pressure and velocity gradients also create and promote downward-directed eddies 66. The downward-facing eddies 66 are the main cause of the trough 24 due to erosion.
When the current flows around the element 4 of the construction, causing the increased lateral speed 64, an upward directed swirl 68 is created upward along the downstream side 8 of the element 4 of the construction. The energy associated with the swirl 68 directed upwards is much lower than that associated with the swirl 66 directed downwards. In addition, when the current flows around the element 4 of the construction and opposite it, a vortex 70 forms.
As shown in Fig. 2, the eddy 66 directed downwards is the main cause of the erosion dip 24. All the energy associated with eddy 66 directed towards
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the bottom acts essentially on the soft sediments of the bottom 20. The complete dissipation of the energy by the backwash 66 directed downwards dislodges significant amounts of loose sediment from the bottom 20 and keeps them in suspension. Consequently, at least initially, the erosion trough 24 is relatively larger and deeper on the upstream side 6 of the element 4 than on the downstream side 8.
Fig. 3 illustrates characteristics of the current when it bypasses the element 4 of the construction and when it passes opposite it. Fig. 3 illustrates the flow and pressure characteristics in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the element 4. The upstream current 62 approaches the element 4 and attacks it. The current lines 73 illustrate the path followed by the current when it approaches element 4 of the construction, attacks it, bypasses it and separates from it.
The relative velocities are illustrated by the current lines 73 in FIG. 3. As the upstream current 62 approaches element 4 of the construction, the transverse speed is constant. The constant transverse velocity is indicated by the equal spacing of the streamlines 73 before the stream is influenced by element 4 of the construction. As the current approaches element 4, the interior current lines 74 asymptotically approximate element 4. In a similar manner, interior current lines 74 and intermediate current lines 76 are approaching more and more, as are the intermediate current lines 76 and the external current lines 78.
The narrowing of the distance between the current lines 73 indicates an increase in speed when the current bypasses element 4 of the con-
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truction.
A drastic reduction in the longitudinal speed occurs at the upstream side 6 of the element 4 of the construction. The reduction in longitudinal speed is illustrated in FIG. 3 by the wide interval 80 separating the interior current lines 74. The reduction in longitudinal speed illustrated by the interval 80 does not indicate that the speed is zero at the interface. In theory, the speed of a moving fluid decreases exponentially from a maximum value to zero at the interface of the fluid structure. Streamlines 73 are not intended for such small-scale analysis. The current lines 73 are provided to illustrate and explain the consequences of the impact of the upstream current 62 on the element 4 of the construction.
The decrease in the speed of the current at the upstream side 6 of the element 4 is the result of this impact. Consequently, on the upstream side 6 of the element 4 of the construction, the current can be at zero speed and even at a negative speed with respect to the upstream current 62.
Fig. 3 illustrates the pressure differences associated with the current which bypasses element 4 of the construction. In the upstream stream 62, the pressure is indicated by, that is to say that P = f. As the current approaches element 4 of the construction, the pressure increases. At a location close to or adjacent to the upstream side 6 of element 4 of the construction, the pressure reaches a maximum value (P> O). As the current progresses around and near element 4 of the construction, the pressure decreases to a value lower than the initial upstream pressure (P <(). Minimum pressure
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associated with the current is located on the downstream side 8 of the element 4.
As the current continues downstream opposite element 4, the pressure returns to the initial undisturbed upstream value (P =).
Fig. 4 illustrates the formation of the eddy vortex 67 directed downwards. The eddy 66 directed downward attacks the bottom 20 to produce the eddy swirl 67 directed downward which contributes to forming the erosion trough 24. The eddy eddy 67 directed downward appears to be formed by the current of upstream 62 which attacks the element 4 of the construction to form the eddy 66 directed downwards. The swirl 66 directed downwards attacks the bottom 20 at the base of the element 4 to produce the rolling effect associated with the swirl 67. The detached swirls 70 (FIG. 2) are sections of the swirl 67 of the swirl down that have separated and are missing element 4 of the construction.
Figs. 2,3 and 4 describe the characteristics of the current around element 4 of the construction. As described above (see Fig. 3), the water is subjected to a high pressure on the upstream side 6 of the element 4. The current tends to stabilize, the water rolling along the sides of the element 4 of construction to create increased lateral speed 64.
However, the decrease in pressure associated with the increased lateral speed 64 is not entirely sufficient to lower the high pressure on the upstream side 6 of the element 4. The eddy 66 directed downward is therefore caused to progress downward. upstream side 6. The eddy 66 directed downwards descends along the upstream side 6 of the element 4 of the construction with a speed and an energy which can be expressed according to the following particularities: the speed of the
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upstream current 62, the geometry of element 4 of the construction, the speed curve 63 and the pressure difference along the upstream side 6 of element 4 between the upper and lower parts of the upstream current 62 .
The eddy swirl 67 directed downwards attacks the soft sediments from the bottom 20 dislodging the attacked sediments and creating the erosion hollow 24 on the upstream side 6 of the element 4. The soft sediments from the bottom 20 receiving sufficient energy from the eddy vortex 67 directed downwards are released from the bottom 20 and transported around element 4 of the construction by the increased lateral speed 64 and the detached eddies 70. The transport of the suspended sediments 30 is assisted by the eddy eddy 69 directed upwards associated with the swirl 68 directed upwards.
The detached vortices 70 therefore exert a lifting effect which tends to improve the transport of suspended sediment 30.
As shown in Fig. 4, the suspended sediment 30 is transported around the element 4. Part of the suspended sediment 30 collides with the undisturbed sediment 32. The interaction between the grains caused by the impact of the suspended sediment 30 against the undisturbed sediment 32 contributes to increasing the quantity of suspended sediment 30. Consequently, the erosion trough 24 becomes larger.
In general, the erosion trough 24 deepens further on the upstream side 6 of the element 4 of the construction. The deeper segment of the erosion trough 24 located on the upstream side 6 is formed by the higher energy conditions which exist on the upstream side 6. The characteristics associated with the upstream current 62 are found at a certain distance downstream from
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element 4 of the construction. The eddy vortex 69 directed upwards and the detached vortices 70 contribute to the formation of the wake downstream of the element 4. When the energy of the eddy vortex 69 directed upwards and the detached vortices 70 is dissipated, the suspended sediment 30 separates from water 60 to form the sediment bar 26 (Fig. 2).
In general, the sediment bar 26 is formed parallel to the upstream stream 62 and is contained in the downstream wake.
A preferred embodiment of the anti-erosion device according to the invention is illustrated in FIG. 5. The anti-erosion apparatus 100 is of simple design, construction and implementation. The apparatus 100 essentially comprises two horizontal deflectors, an upper deflector 110 and a lower deflector 120 separated by a cylindrical sleeve 130 and supported by the latter. The bush adjusts around element 4 of the construction.
The fitting of the sleeve 130 around the element 4 of the construction can be loose to allow the element 4 to move.
The main deflector 110 has the main effect of preventing the downward-facing eddy 66 from attacking the bottom bottom sediments 20. In addition, the upper deflector 110 forces the eddying eddy swirl 67 which develops to attack its upper surface and to be swept away from it.
The lower deflector 120 is placed in contact with the bottom sediments 20. The lower deflector 120 prevents the increased lateral speed 64 from dislodging and transporting the sediments from the bottom 20. In addition, the lower deflector 120 also contributes to preventing the vortex swirl 67 directed toward
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bottom to attack bottom sediments 20.
The sleeve 130 provides a means for separating the upper deflector 110 from the lower deflector 120. The sleeve 130 also provides a means for fixing several ribs 140.
The ribs 140 constitute an extremely useful part of the invention. They are fixed to the sleeve 130 and coincide with the longitudinal axis of the element 4 of the construction. The ribs 140 are fixed directly to the sleeve 130. In a specific manner, the ribs 140 behave like hydraulic turbulence generators. The stream of water is forced into a turbulent state when it passes opposite the ribs 140 and when it is stressed by the latter. The ribs 140 behave in substance like the dimples of a golf ball and cause a separation of the current later than in the case of a smooth surface.
Any other device capable of acting hydraulically on the current near the socket 130 would be acceptable, for example a baffle, a steep extension of the surface, roughness on the surface, etc.
The ribs 140 reduce the resistance offered by the anti-erosion device 100 and by the element 4 of the construction as well as the dimensions and the intensity of the wake downstream of the element 4. This being, near the bottom 20, the vortex eddies 67 directed downwards and the detached vortices 70 are much less intense and in substance cannot contribute to erosion. The resulting current is constituted by the rolling vortices 72. The vortices 72 are started after the current has attacked the socket 130 of the anti-erosion device 100.
The current is requested by the ribs 140 which induce turbulence and cause passage
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overall softer and less detectable current around element 4 of the construction.
As shown in Figs. 5,6, 7A, 8A and 8B, the lower deflector 120 comprises a series of perforations 122. The perforations 122 are intended to capture the suspended sediments 30 when they pass above the lower deflector 120 and below the upper deflector 110. As the current bypassing the element 4 of the construction is delayed in its separation as a result of the ribs 140, the capture of the sediments in suspension 30 in the perforations 120 is important.
However, the suspended sediment 30 captured by the perforations 122 of the lower deflector 120 helps to repair any existing erosion trough 24 that may be present before the use of the erosion control device 100. In addition, the formation of the bar of downstream sediment 26 (Fig. 2) is significantly reduced by the resulting structure of the current.
The erosion control device 100 is designed to "break" the currents that cause erosion. In addition, all the sediments possibly maintained in suspension independently by the upstream stream 62 are discharged either by the rolling vortices 72 or by the detached vortices 70. The device is therefore a self-cleaning device.
Fig. 6 is a plan view along line 6-6 of FIG. 5 of a preferred embodiment of the anti-erosion device 100, the upper deflector 110 of which is divided into movable sections 112. The element 4 of the construction is shown in the center of FIG. 6 and the anti-erosion device 100 can be fixed or placed without tightening around this element. The lower deflector 120 whose radius is greater than that of the upper deflector 110 is shown as
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projection below the upper deflector 110. The perforations 122 are visible in the part of the lower deflector 120 which extends beyond the upper deflector 110. The upper deflector 110 has six movable sections 112.
The movable sections 112 are supported by the supports 146 which are horizontal extensions of the ribs 140.
Fig. 7A is a perspective view of a preferred embodiment of the anti-erosion device 100 illustrating a movable section 112 of the upper deflector 110. Each movable section 112 of the upper deflector 110 is movably fixed to the bush 130 by means any conventional fasteners 150.
Fig. 7A is a view of the attachment of the lower deflector 120 to the sleeve 130. The lower deflector 120 is fixed to the sleeve 130 by means of the ribs 140. In addition, FIG. 7A is a good perspective view of the perforations 122 of the lower deflector 120.
Fig. 7B is a view in part in detailed section of a movable section 112 of the upper deflector 110. The movable section 112 is fixed to the bush 130 by the fixing means 150. The fixing means 150 essentially comprises two knuckles 154 and 156 and an axis 152. The knuckles 156 are an integral part of the movable section 112 or are fixed there permanently. The knuckles 154 are fixed to the bush 130. The knuckles 154 fit inside the knuckles 156. The knuckle system comprises knuckles 154 and 156 which receive the axis 152 in order to fix the section 112 in a movable manner. the sleeve 130. The movable section 112 is kept horizontal by the support 146. The support 146 is the horizontal extension of a rib 140.
Rib 140 is attached to the
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socket 130 by a bolt 142 which passes through a hole 144 provided in the rib 140.
Fig. 7C is a cross-sectional view along line 7C-7C of FIG. 7A and is a plan view of the socket 130 and of the system used to fix the socket 130 to the element 4 of the construction. The sleeve 130 is shown with the ribs 140 and the supports 146 which are attached to it. The sleeve 130 can be easily removed to allow the installation of the anti-erosion device 100 on an element 4 of an already erected construction. The bush 130 and the lower deflector 120 are fixed to each other by the ribs 140 and the supports 146, as shown in FIG. 7A.
The ribs 140 and the supports 146 connect the bush 130 to the lower deflector 120 to ensure alignment between the partition 124 (FIG. 7A) in the lower deflector 120 and the partition 134 in the bush 130, as well as between the partition 126 ( Fig. 7A) of the lower deflector 120 and the partition 136 in the socket 130. The partitions 124 and 126, 134 and 136 ensure that the device can be separated
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physically in two halves 101 and 102, respectfully. The halves 101 and 102 of the device are fixed to each other by means of recesses 132 in the socket 130 and bolts 138.
The anti-erosion device 100 can be immersed in the form of two halves 101 and 102. Professional divers can then manually juxtapose the two halves 101 and 102 of the device and, using the bolts 138, assemble them in a complete anti-erosion device 100.
It will be understood that when a construction is initially constructed, it would be extremely easy to include in the manufacture of this construction the anti-erosion protector 100 according to the invention.
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The use of the invention with newly implanted constructions greatly improves the efficiency of the anti-erosion device.
Fig. 8A is a perspective view of an anti-erosion device 200 molded in glass fibers.
The apparatus 200 molded in glass fibers comprises a first molded half 201 and a second molded half 202. The first molded half 201 comprises an upper deflector 211 and a lower deflector 221 connected by a socket 231. The second molded half 202 comprises a upper deflector 212 and a lower deflector 222 connected by a socket 232. The socket 231 and the socket 232 have ribs 240 molded longitudinally on their external surfaces.
Fig. 8B is a cross-sectional view along line 8B-8B of FIG. 8A. Fig. 8B illustrates the junction of the first molded half 201 and the second molded half 202. The segmented ribs 241 and 242 are joined by fiberglass bolts 238 and by fiberglass nuts 239. Likewise, the segmented ribs 243 and 244 are joined by glass fiber bolts 238 and by glass fiber nuts 239.
Fig. 8C is an elevational view of the apparatus 200 molded in glass fibers. Fig. 8C illustrates the presence, in the segmented ribs 242 and 244, of holes 236 which receive the glass fiber bolts 238. The use of an apparatus entirely made of glass fibers eliminates the problems of corrosion and provides an extremely durable material and effective.
The present invention lends itself perfectly, in another embodiment, to implementation from a set of elements, for example from a mounting kit. We can assemble this kit to form
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the anti-erosion device according to the invention. The elements can be assembled on the surface of the water, under water or on land and can be shipped, in this case, to the place of use. When the anti-erosion device according to the invention is assembled on the surface of the water, the elements can be associated with the construction so that the device can slide down around an element of this construction until '' to come into contact with the bottom below the body of water.
Similarly, one can associate with the construction, a device assembled on the ground and shipped to the place of use, so that it can slide downward around an element of this construction. Assembling the anti-erosion device under water eliminates the difficulties caused by rough seas. Plungers can be used to assemble the various elements as they are lowered from a surface vessel.
A set of elements suitable for being assembled to form an anti-erosion device may include, as cooperating parts: one or more deflectors placed in the vicinity of the construction, one or more elements to maintain the positional relationship between each deflector and the bottom in below the body of water and a device for inducing turbulent flow in the vicinity of the construction.
The deflectors may include plates in the circular assembly. However, any means of deflection would be acceptable. For example, a deflector could include a device for blowing air bubbles to impede downward flow near a building. Likewise, a device intended to create water currents perpendicular to the longitudinal axis of the construction could be used.
Any device or process used to make
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deflecting the current down near the building can be used to put the invention into practice.
The positional relationship of the deflectors can be maintained by a socket. However, any structural means or device can be used to properly separate the baffles. The most interesting device is based on the type of deflector used. The socket may be a physical element or may simply involve the offset of one deflector relative to the other.
A device for inducing a turbulent current in the vicinity of the construction is generally described as a generator of hydraulic turbulence. A hydraulic turbulence generator includes any device that initiates turbulent flow in the vicinity of the construction. Such a device may include longitudinally spaced ribs, a rough surface along the construction or several associated projections arranged randomly on the surface of the construction. The device for inducing turbulent flow can be directly associated with the construction or can be associated with an element engaged with the construction.
The invention is extremely practical, as an additional embodiment, when used as a method to prevent erosion. This process consists of deflecting a downward swirl caused by the impact of water on a construction, capturing loose sediments from the bottom to fill voids created in the bottom by previous erosion in the vicinity of the construction and inducing the turbulent flow of water passing near the building to delay the separation of the water stream, which reduces the resistance offered by the
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construction as well as the weight downstream of the construction.
The deflection of the eddy directed downwards is preferably carried out in two places. First, the diversion of the eddy directed downwards is carried out near the construction and above the bottom under the body of water. The first diversion can be ensured by any device intended to prevent the downward flow of water near the construction. Second, the downward eddy is diverted to a location near the building and near the bottom. The distance between the first deviation and the second deviation is determined by the extent of the downward eddy caused by the impact of water on the construction.
Movable sediments from the bottom are collected using voids below a plate encircling the construction and in contact with the bottom below the body of water. The plate may be the second deflector device or may be associated with the second deflector device. The plate intended to collect loose sediments from the bottom has a large number of perforations intended to accept loose sediments when they fall through the perforations by gravity. The plate makes it possible to repair the previous erosion in the vicinity of the construction.
Turbulent flow can be induced near construction by any device that behaves like a generator of hydraulic turbulence. A hydraulic turbulence generator can include any projection or recess in the surface or associated with the surface to disturb the laminar flow characteristics of the fluid. However, any device which disturbs the laminar flow characteristics of the fluid can be easily
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used in the process according to the invention.
Of course, the invention is in no way limited to the execution details described above to which numerous changes and modifications can be made without going beyond its scope.