EP0336811B1

EP0336811B1 - Perfectionnements aux supports de charges lourdes et à leurs procédés de mise en charge

Info

Publication number: EP0336811B1
Application number: EP89400797A
Authority: EP
Inventors: Carlos De La Fuente
Original assignee: Freyssinet International STUP SA
Current assignee: Freyssinet International STUP SA
Priority date: 1988-03-22
Filing date: 1989-03-21
Publication date: 1993-04-07
Anticipated expiration: 2009-03-21
Also published as: FR2629144A1; FR2629144B1; CA1334614C; EP0336811A1; NO891210L; NO174600B; NO174600C; NO891210D0

Description

L'invention est relative aux supports de charges lourdes, c'est-à-dire généralement de l'ordre de plusieurs milliers de tonnes, supports qui sont légèrement déformables au cours de leurs mises en charge et qui sont interposés verticalement entre une embase et la charge lourde supportée.
Elle s'applique en particulier aux plate-formes de forage en mer comprenant un tablier horizontal rigide qui repose sur plusieurs piliers.
Au cours de la construction d'une telle plate-forme, le tablier est chargé progressivement et il est sollicité légèrement à la flexion du fait que ses zones comprises entre les piliers et en porte-à-faux au-delà de ces piliers tendent à s'affaiser par rapport aux zones qui se trouvent à l'aplomb des piliers.
Il convient donc d'interposer entre les piliers et le tablier un support agencé de façon à rendre possibles les flexions du tablier car, si ce n'est pas le cas, les contraintes qui en résultent peuvent provoquer des détériorations ou ruptures locales dudit tablier et/ou desdits piliers.
Dans les modes de réalisation connus, les supports du genre en question sont généralement constitués par des corps en un matériau susceptible de subir des déformations plastiques.
Les déformations de ces corps sont irréversibles, ce qui est un inconvénient lorsque le support n'atteint son état déformé définitif qu'au terme d'une évolution irrégulière.
De plus, les tolérances de fabrication desdits corps sont difficiles à respecter de sorte que ceux-ci présentent un comportement difficile à prévoir avec exactitude lorsqu'ils sont soumis à de très fortes charges : en particulier ils peuvent être sujets à un écrasement indésirable au terme d'une période inférieure à la durée de vie souhaitée pour la charge supportée.
L'invention a pour but, entre autres, de remédier à ces inconvénients.
A cet effet, les supports du genre en question sont essentiellement caractérisés selon l'invention en ce qu'ils comprennent une pluralité de plots composés chacun d'au moins un vérin plat hydraulique connu en soi se prêtant à des déformations verticales et de flexion et des moyens de butée horizontale, chaque plot étant associé à des moyens permettant le déplacement horizontal relatif entre la charge supportée et ce plot et à des moyens de butée horizontale spéciaux pour limiter l'amplitude de ce déplacement relatif, les différents plots étant répartis en des emplacements, de l'embase, en lesquels la charge leur impose des déformations verticales d'amplitude différentes, et les vérins des différents plots étant associés à un circuit hydraulique permettant à volonté de les faire communiquer entre eux lors de la mise en charge du support, de façon à appliquer en permanence dans tous ces vérins une même pression rendant possibles leurs déformations verticales diversifiées, et de les isoler les uns des autres.
Les vérins plats hydrauliques ci-dessus sont composés chacun, d'une façon connue en soi, par une capsule étanche remplie de liquide et formée de deux disques métalliques bordés par une rigole périphérique et soudés tête-bêche le long de leurs bords (voir les documents AT-B-168 383 et DE-A-2 734 550).
Dans des modes de réalisation intéressants, on a recours en outre à l'une au moins des dispositions suivantes :

le déplacement horizontal relatif ci-dessus est un glissement réalisé au droit d'une portée horizontale,
l'un au moins des plots est prolongé verticalement par un réceptacle de volume variable rempli d'un matériau susceptible de jouer successivement deux rôles distincts, savoir un premier rôle correspondant à la fermeture du réceptable, pour lequel le matériau qu'il contient se comporte comme un bloc indéformable, et un second rôle, associé à l'ouverture d'un orifice d'évacuation dans le réceptacle, pour lequel ledit matériau se prête à l'évacuation hors de ce dernier, ledit réceptacle étant associé à des moyens permettant de faire jouer successivement au matériau de remplissage ses deux rôles ci-dessus.

L'invention vise également les procédés permettant la mise en charge progressive des supports du genre en question.
Ces procédés sont essentiellement caractérisés en ce que, dans un premier temps, on met en communication les uns avec les autres les volumes intérieurs des vérins plats des différents plots et en ce que, lorsque la charge supportée a pris sa forme définitive, on remplit les différents vérins d'un produit durcissable.
Dans un mode de réalisation intéressant, après une première mise en communication mutuelle des différents vérins, on isole chacun de ces vérins au cours d'une certaine période de mise en charge ; après quoi, on les met à nouveau en communication pour leur permettre de prendre la forme imposée par les déformations de la charge supportée : après quoi, on isole à nouveau ces vérins, ce cycle étant renouvelé plusieurs fois avant le blocage des vérins en leurs formes définitives.
Pour ce qui est des plots associés à des réceptacles à contenu vidable évoqués ci-dessus, on peut les remplacer même après durcissement du contenu de leurs vérins en procédant à la suite des opérations suivantes : on vide le réceptacle associé audit plot de son matériau de remplissage, on débranche le circuit hydraulique relié au plot, on dégage latéralement ce plot, on le remplace par l'ensemble d'un nouveau plot associé à un réceptacle du genre ci-dessus garni de son matériau de remplissage, mais avec son vérin plat vide, et on charge ce dernier vérin de façon à lui conférer un degré de gonflement identique à celui du vérin plat comporté par le plot d'origine.
L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après.
Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limitative.
La figure 1, de ces dessins, montre en coupe axiale verticale selon I-I, figure 2, un plot constitutif d'un support établi conformément à l'invention.
La figure 2 montre le même plot en plan vu de dessous selon II-II, figure 1.
Les figures 3 et 4 sont des coupes partielles semblables à la figure 1 et pour lesquelles le plot se trouve respectivement en son état le plus expansé verticalement et en son état le plus écrasé.
La figure 5 montre schématiquement en plan une portion du support ci-dessus faisant apparaître une pluralité de ses plots constitutifs.
Les figures 6 et 7 montrent schématiquement en coupe verticale un ensemble de ces plots pour respectivement deux états de déformation différents de la charge supportée.
Les figures 8 à 11 montrent schématiquement un ensemble de plots du genre ci-dessus mettant en oeuvre un perfectionnement de l'invention qui permet leur remplacement individuel, ces quatre figures correspondant à quatre étapes successives du remplacement de l'un de ces plots.
La figure 12 montre en coupe partielle un plot mettant en oeuvre une variante du perfectionnement précédent.
Le support ici considéré est supposé par exemple interposé entre un pilier 1 d'une plate-forme de forage en mer et le tablier 2 de cette plate-forme.
Le pilier 1 se présente notamment sous la forme d'une couronne de grand diamètre, --ce diamètre pouvant par exemple être compris entre 15 et 20 m--, délimitée supérieurement par une surface de portage horizontale en forme de couronne annulaire de 1 à 2 m d'épaisseur radiale.
Comme on le sait, le tablier 2 ci-dessus est mis en charge progressivement sur place, ce qui conduit à le déformer légèrement étant donné que certaines de ses zones, non situées à l'aplomb des piliers, ont tendance à s'affaiser légèrement par rapport à celles qui sont situées à l'aplomb de ces piliers : il en résulte une légère flexion verticale dudit tablier et il faut que le support soit conçu de manière à encaisser les déformations correspondantes.
A cet effet, le support en question est constitué par une pluralité de plots 3 --en général au nombre de plusieurs dizaines-- placés côte à côte sur la couronne définissant la portée supérieure de chaque pilier 1.
Chaque plot 3 comprend au moins un vérin plat hydraulique 4 d'un type connu en lui-même, c'est-à-dire une capsule hermétique pleine de liquide formée par soudage mutuel, le long de leurs bords, de deux disques métalliques entourés par une rigole.
L'ensemble des deux rigoles appliquées l'une contre l'autre d'une capsule forme un bourrelet périphérique 8.
Le volume intérieur de chaque capsule peut être mis en communication, à travers une conduite 5 contrôlée par une vanne 6, avec les volumes intérieurs des autres capsules et éventuellement avec une pompe 7 ou autre appareil permettant d'ajuster la pression du liquide dans l'ensemble du circuit.
Dans le mode de réalisation préféré illustré sur les figures 1 à 4, le nombre des vérins plats 4 compris par chaque plot 3 est égal à deux.
Le vérin inférieur 4 est placé sur une embase 9 elle-même entourée par une gorge périphérique 10 propre à recevoir le bourrelet 8 de ce vérin inférieur et prolongée par un rebord vertical ascendant 11.
Sur ce vérin inférieur est placée une galette 12 elle-même entourée par un dégagement annulaire 13 servant de logement supérieur pour le bourrelet 8 ci-dessus, ladite galette étant logée avec un faible jeu horizontal à l'intérieur du rebord 11.
Le vérin supérieur 4 est à son tour placé sur la face supérieure de la galette 12, laquelle présente un dégagement périphérique 14 propre à recevoir le bourrelet 8 de ce vérin supérieur.
Un couvercle à fond plat 15 recouvre ledit vérin supérieur 4 et présente successivement à sa périphérie une rainure 16 chevauchant le bourrelet 8 du vérin supérieur 4 et un rebord vertical descendant 17 fermant extérieurement ladite rainure 16 et entourant avec un faible jeu horizontal la galette 12.
Une feuille 18 de polytétrafluoroéthylène (PTFE) recouvre la face supérieure plane du couvercle 15.
Par ailleurs la face inférieure du tablier 2 présente au-dessus de chaque plot 3 une plaque 19 revêtue inférieurement d'une feuille 20 en acier inoxydable propre à reposer directement sur la feuille 18 et des butées 21 sont rapportées autour de la plaque 19, propres à coopérer horizontalement avec des portées en regard 22 du couvercle 15 pour limiter les courses horizontales de glissement mutuel des deux feuilles 18 et 20, c'est-à-dire celles du tablier 2 par rapport aux plots 3.
La figure 1 représente les différents composants de ces plots 3 en leur position moyenne : en particulier, le degré de remplissage en liquide des deux vérins 4 est moyen de sorte que chacun de ces vérins peut être davantage dilaté verticalement, comme visible sur la figure 3, ou au contraire écrasé (figure 4) par rapport à cette position moyenne.
Le montage permet également de donner au couvercle 15 une légère inclinaison par rapport à l'embase 9.
A titre purement illustratif, les amplitudes des réglages possibles avec un tel plot, à partir de la position moyenne de ses composants, et pour un diamètre extérieur de chaque vérin plat de l'ordre de 40 cm, sont de l'ordre de ± 15 mm pour les débattements verticaux, de l'ordre de ± 0,003 radian pour les débattements angulaires et de l'ordre de ± 30 mm pour les glissements horizontaux.
On voit encore sur les figures 1 et 5 des plaques carrées 23 prévues sur les piliers 1 pour servir de socles aux plots 3.
La mise en charge du support décrit ci-dessus est la suivante.
Initialement les vannes 6 sont toutes ouvertes, les vérins plats 4 sont tous chargés en liquide de façon à présenter un état de gonflement moyen tell que celui représenté sur les figures 1 à 6 et le tablier 2 --ou tout au moins sa face inférieure de portée-- est rectiligne et horizontal.
A partir de cette situation, le tablier se déforme au cours de la mise en charge progressive de la plate-forme et il vient occuper une position déformée telle que celle incurvée schématisée en C sur la figure 7.
A cette nouvelle forme du tablier correspondent des déformations des différents vérins plats 4 constitutifs des plots 3 du support.
Par exemple, certains de ces vérins sont alors dilatés verticalement, comme c'est le cas pour les deux plots du milieu de la figure 7, alors que d'autres sont au contraire légèrement écrasés et inclinés (voir les deux plots extrêmes de la figure 7).
Ces nouvelles formes dilatées, écrasées et/ou inclinées sont prises très simplement et automatiquement par les vérins en raison de leur grande déformabilité due à leur remplissage en liquide et à leur mise en communication mutuelle.
Lorsque la déformation du tablier 2 a cessé d'évoluer, il peut être avantageux de bloquer les différents vérins dans les formes définitives qu'ils ont alors acquises.
A cet effet, on remplace le liquide contenu dans ces vérins par un produit durcissable tel qu'un coulis de ciment ou qu'une résine.
Le tablier 2 chargé et légèrement déformé est alors supporté d'une manière parfaitement équilibrée tout au long de la surface portante du pilier 1 sans création d'aucune contrainte locale excessive.
Selon une variante avantageuse, la mise en charge des vérins 4 est effectuée en plusieurs cycles successifs.
On commence par mettre ces vérins en communication mutuelle de façon à équilibrer exactement les pressions du liquide dans ceux-ci.
Puis on les isole les uns des autres en fermant les vannes 6.
C'est seulement ensuite, après une première phase de mise en charge, que l'on ouvre à nouveau les vannes de façon à rétablir la communication entre les vérins, ce qui permet à l'ensemble de s'adapter automatiquement aux nouvelles conditions locales de charge, chaque vérin prenant alors la position déformée correspondant à la fois à la déformation du tablier 2 à son aplomb et à l'équilibrage de la pression dans la totalité des vérins.
Puis on isole à nouveau les vérins les uns des autres en fermant les vannes 6.
C'est seulement après plusieurs de ces cycles d'ouverture et fermeture des vannes que la déformation du tablier est devenue définitive et que l'on bloque alors les vérins de la manière exposée ci-dessus.
Cette variante présente l'avantage de minimiser les inconvénients dus à la création éventuelle d'une fuite dans le circuit d'alimentation hydraulique des vérins.
En effet, les périodes au cours desquelles les vérins sont mis en communication mutuelle sont très courtes et se prêtent à une surveillance aisée et, au cours des autres périodes, au cours desquelles les vérins sont isolés, les fuites éventuelles ne peuvent affecter tout au plus qu'un seul vérin, ce qui ne représente qu'une très petite fraction de la charge supportée totale, de sorte que le support assuré collectivement par tous les vérins n'est pratiquement pas perturbé et que la réparation est facile.
Les figures 8 à 12 illustrent un perfectionnement permettant de remplacer individuellement chaque plot 3 même après durcissement du contenu de son (ou de ses) vérin(s) 4.
Selon ce perfectionnement, on monte chaque plot 3 sur un socle constitué par un réceptacle 24 de volume intérieur variable initialement rempli par un matériau 25 susceptible de remplir successivement deux rôles distincts, savoir:

un premier rôle correspondant à la fermeture du réceptable 24, pour lequel le matériau 25 qu'il contient se comporte comme un bloc indéformable,
et un second rôle, associé à l'ouverture d'un orifice d'évacuation dans le réceptacle pour lequel ledit matériau 25 se prête à l'évacuation hors de ce dernier.

Dans le mode de réalisation des figures 8 à 11, le réceptacle 24 est un bac rigide à parois latérales verticales placé sous le plot 3, dont la base 9 est emboîtée jointivement dans ce bac et le matériau de remplissage 25 est du sable.
Tant que le bac est fermé, le plot 3 repose sur le sable 25 présent dans le bac, sable qui se comporte comme un bloc unique indéformable.
Pour vider le bac il suffit de dégager dans sa paroi des ouvertures suffisamment larges et d'introduire à travers ces ouvertures un jet d'eau ou d'air suffisamment puissant.
Selon la variante schématisée sur la figure 12, le matériau de remplissage 25 n'est plus du sable, mais un matériau -tel que par exemple une résine de brai époxy- susceptible de durcir à la température ambiante et d'être transformé par chauffage de façon à devenir facilement éliminable, cette transformation pouvant être notamment une liquéfaction : les calories nécessaires à un tel chauffage peuvent être apportées audit matériau à l'aide d'une résistance électrique 26 noyée dans celui-ci et reliée à une source de courant électrique appropriée 27.
Dans un cas comme dans l'autre, le remplacement d'un plot détérioré par un plot neuf peut être facilement obtenu par la suite des opérations suivantes.
Initialement, l'ensemble composé par le plot 3, avec le contenu de son vérin 4 durci, et par le bac 24 rempli de matériau 25 présente une hauteur hors tout maximum.
Cet ensemble participe au support de la charge lourde 2, mais seulement pour une petite fraction de cette charge, laquelle peut atteindre toutefois quelques centaines de tonnes.
Pour dégager ce plot, il faut réduire ladite hauteur.
A cet effet on évacue le matériau 25 du bac 24 à travers au moins une ouverture (non représentée) dégagée dans la paroi de ce bac, selon la flèche F (figure 9), de préférence à l'aide d'un jet de lavage approprié, après avoir rendu ledit matériau éliminable si nécessaire, notamment par chauffage.
La vidange de ce bac fait rentrer le plot 3 dans celui-ci selon la flèche G.
On débranche alors la tuyauterie 5 qui aboutissait au plot 3 considéré, notamment au niveau de la vanne 6 la plus proche (figure 10) et on dégage latéralement l'ensemble plot-bac considéré.
Puis on dispose à la place de cet ensemble un nouvel ensemble dans lequel le vérin 4 se présente à son état dégonflé (figure 11), ce qui donne à la hauteur hors tout de cet ensemble une valeur inférieure à la distance verticale entre l'embase 1 et la charge 2 à l'emplacement considéré.
On branche enfin le circuit 5 sur le vérin 4 du nouvel ensemble et on charge ce dernier vérin à la pression suffisante pour établir le contact vertical entre le nouveau plot 3 et la charge 2 (flèche H, figure 11) de façon que ce plot participe au support de cette charge dans la même proportion que chacun des autres plots.
En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un support de charges lourdes légèrement déformables au cours de leur mise en charge dont la constitution, la mise en oeuvre et les avantages résultent suffisamment de ce qui précède.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment:

celles où le nombre des vérins plats superposés compris par chaque plot serait supérieur à deux et par exemple égal à trois, les moyens de butée horizontale étant bien entendu adaptés en conséquence,
celles où un coussin en matériau élastique tel que du Néoprène serait interposé entre l'un au moins des plots 3 et la structure qui le porte (1) ou la masse lourde qu'il supporte (2), un tel coussin pouvant remplacer les éléments de contact glissants (18,20) ou être prévu en compléments de ces éléments,
et celles où les vérins plats seraient disposés selon des plans inclinés, par exemple selon les facettes latérales d'une pyramide renversée, au lieu d'être horizontaux.

Claims

Support de charge lourde légèrement déformable au cours de sa mise en charge, interposé verticalement entre une embase (1) et ladite charge (2), caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de plots (3) composés chacun d'au moins un vérin plat hydraulique (4) connu en soi se prêtant à des déformations verticales et de flexion et des moyens de butée horizontale (11, 12, 17), chaque plot étant associé à des moyens (18,20) permettant le déplacement horizontal relatif entre la charge supportée (2) et le plot (3) et à des moyens de butée horizontales spéciaux (21,22) pour limiter l'amplitude de ce déplacement relatif, les différents plots étant répartis en des emplacements, de l'embase, en lesquels la charge leur impose des déformations verticales d'amplitudes différentes, et les vérins des différents plots étant associés à un circuit hydraulique (5-7) permettant à volonté de les faire communiquer entre eux lors de la mise en charge du support, de façon à appliquer en permanence dans tous ces vérins une même pression rendant possibles leurs déformations verticales diversifiées, et de les isoler les uns des autres.
Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens permettant le déplacement horizontal relatif de la charge par rapport au plot sont constitués par une portée plane (18,20) permettant leur glissement horizontal relatif.
Support selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'un au moins des plots (3) est prolongé verticalement par un réceptacle (24) de volume variable rempli d'un matériau (25) susceptible de jouer successivement deux rôles distincts, savoir un premier rôle correspondant à la fermeture du réceptacle (24), pour lequel le matériau (25) qu'il contient se comporte comme un bloc indéformable, et un second rôle, associé à l'ouverture d'un orifice d'évacuation dans le réceptacle pour lequel ledit matériau (25) se prête à l'évacuation hors de ce dernier, ledit réceptacle étant associé à des moyens permettant de faire jouer successivement au matériau de remplissage ses deux rôles ci-dessus
Procédé de mise en charge d'un support selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que, dans un premier temps, on met en communication les uns avec les autres les volumes intérieurs des vérins plats (4) des différents plots (3) et en ce que, lorsque la charge supportée (2) a pris sa forme définitive, on remplit les différents vérins d'un produit durcissable.
Procédé de mise en charge d'un support selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'après une première mise en communication mutuelle des différents vérins, on isole chacun de ces vérins au cours d'une certaine période de mise en charge ; après quoi, on les met à nouveau en communication pour leur permettre de prendre la forme imposée par les déformations de la charge supportée ; après quoi, on isole à nouveau ces vérins, ce cycle étant renouvelé plusieurs fois avant le blocage des vérins en leurs formes définitives.
Procédé pour remplacer un plot de support établi selon la revendication 3, même après durcissement du contenu de son vérin plat, caractérisé par la suite des opérations suivantes : on vide le réceptacle (24) associé audit plot (3) de son matériau de remplissage (25), on débranche le circuit hydraulique (5) relié au plot, on dégage latéralement ce plot, on le remplace par l'ensemble d'un nouveau plot associé à un réceptacle du genre ci-dessus garni de son matériau de remplissage, mais avec son vérin plat vide, et on charge ce dernier vérin de façon à lui conférer un degré de gonflement identique à celui du vérin plat comporté par le plot d'origine.