WO2016193064A1 - Dispositifs et procedes de fabrication pour structure flottante de grandes dimensions - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the field of large floating structures. More specifically, the invention relates to a floating artificial island that is autonomous in energy and environmentally friendly.
- the floating barge must adapt to different types of locations and anchoring, such as:
- Each type of anchorage of the floating barge must be studied taking into account the zone of implantation, notably the distance from the shore, the depth of the sea, the wind, the current, the swell, the tides, and the rising waters.
- the floating structure must withstand extreme conditions. Also, to ensure a service life greater than 100 years, the float structure must have good corrosion resistance and a very good seal.
- Safety is a major point and the structure must have a fire resistance in accordance with standards, and allow a rapid evacuation (boats - rescue ferry) in case of accident or fire.
- the solution described aims to make improvements to the device presented in the prior art to reduce the overall cost of manufacture.
- the present invention provides various devices and methods for increasing the resistance of the barge, facilitate the construction of the float, allow access to the sea to residents and tourists, facilitate the compliance of facilities with the standards of sustainable development and energy saving and propose an alternative anchoring of the barge.
- a first object (A1) of the invention is a three-dimensional structure with a dotted-shaped multidirectional lattice web for the current portion.
- This structure in a preferred implementation, is supported by 6 crutches fixed on the arms of the barge and 48 inclined posts fixed on the lower structure, the whole constituting a rigid assembly allowing:
- a second object (A2) of the present invention is a three-dimensional structure with a web having a geometry allowing good resistance to buckling of the walls and allowing:
- a third object (A3) of the invention relates to a method of constructing a large float, greater than 100 m, which is difficult to achieve in the current shipyards.
- the process is innovative in that the float is decomposed into several elements made of a mixed concrete steel structure, prefabricated at the factory and assembled in a buoyant site in a construction site, of low draft, but while ensuring a good seal, a excellent resistance to corrosion, and allowing the reduction of the weight of steel compared to large ships made of steel.
- the assembly of these three-dimensional structures of great span, double curvature, composed of small elements (nodes + bars) which are assembled on site, is particularly complex given the number of different elements of the structure and cover having variable dimensions to assemble and to ensure tightness.
- a fourth object (A4) of the present invention relates to pontoon beaches, forming pools and attached to dikes all around the barge. These pontoons are fixed by means of articulated joints ensuring the adjustment of draft. These pontoon beaches are interconnected at the bottom by nets arranged horizontally and, on the sea side, by cables and nets arranged vertically. The whole forms bathing areas, and provides several functions:
- a fifth object (A5) of the invention relates to a variant of anchoring by a battery or jacket device.
- This anchoring is intended to reduce the movements of the barge in the case of connection with the coastline tunnel and bridge.
- the batteries support horizontal and vertical loads resulting from additional operating overloads and climatic loads.
- the structure that is the subject of the present invention can be adapted to the different types of anchorages studied as a function of tides and rising waters, resulting from a global warming. It can also be sized to withstand tsunami efforts. In the latter case the depth of the sea must be greater than 60 m and the efforts must be defined by basin tests.
- FIG. 8 represents compartments provided in the float for accommodating various connecting devices adapted to the type of anchoring of the barge (with or without draft adjustment).
- the invention relates to a three-dimensional structure comprising a dovetail-shaped multidirectional lattice web, the dome being supported by a plurality of crutches, the structure further comprising a plurality of inclined posts fixed to the lower part of the structure, the structure being characterized in that is composed of prefabricated slabs, each prefabricated slice comprising two curved chords, sleepers, and diagonals.
- each crutch is a prefabricated slice whose drawings are formed by rotating an arc rotating about a vertical axis of a modular angle equal to 360 / n.
- the cross members are square or rectangular tubes, and the diagonals are round tubes.
- the curved chords are obtained by rotation about a vertical axis of an arc placed upside down obtained by hot bending of the square tubes.
- the structure comprises a network of water gutters for rainwater recovery.
- the invention also relates to a barge comprising the three-dimensional structure as described.
- the three-dimensional structure comprises six crutches fixed on the arms of the barge and forty eight inclined poles, all constituting a rigid assembly for increasing the resistance of the barge.
- the multidirectional trellis sheet has a geometry to support a double-glazed atrium canopy, this sheet may be included in a barge.
- the invention also relates to a large barge having a dome in the upper part providing bracing and supporting photovoltaic and thermal panels for the production of electricity and for heating.
- the dome forming a composite assembly consists of a sliced precast three-dimensional tubular structure according to the claimed method, a bent steel sheet welded to the cross members and chords of the structure, L-shaped stiffeners welded spotwise to the sheet metal of steel, an armature of geometry predefined by calculations, lightweight concrete with the addition of a product making the waterproof concrete filling the sheet, the stiffeners and the frame.
- the cupola has air spaces and panels composed of safety glazing and glued photovoltaic cells for the production of electricity.
- the barge may include means to form a tourist barge or a floating artificial island. These means include at least:
- a large habitable float steel-concrete composite structure said float comprising prefabricated elements assembled by construction joints;
- the invention also relates to a barge comprising a large float in a mixed-steel-concrete structure, the float being composed of prefabricated elements which are assembled in flotation, and where each element in direct contact with the seawater has a good seal, good corrosion resistance and a service life of 100 years in that the walls in direct contact with seawater consist of steel sheet, stiffeners welded to the sheet and honeycomb sleepers welded on the sheet, thus forming a formwork in interior ensuring the perfect sealing of the float.
- the float is also composed of a longitudinal and transverse reinforcement, in concrete with the addition of a product rendering the concrete waterproof.
- the external formwork in direct contact with seawater can be either in a coating imitating rocks such as in aquariums or ports, with elements on the outer walls of polished concrete with the addition of a component at the base of resin avoiding the bursting of the concrete, as the whole participates in the overall resistance and ensures the sealing of the walls and the protection against corrosion.
- the invention is a tourist barge comprising a peripheral protection consisting of pontoon beaches.
- the pontoon beaches form pools, fixed on dikes all around the barge and connected at the bottom by nets arranged horizontally and on the sea side by cables and nets arranged vertically, as the whole forms swimming areas . These areas perform several functions:
- the pontoon beaches consist of:
- a device for protecting swimming pools against shocks from boats and various floating objects consisting of an upper cable supported by float buoys, a lower cable suspended on an upper cable and supporting the net and where the net is placed vertically and fixed on the cables protecting the pool against sharks, jellyfish and oil pollution.
- the invention also relates to a barge which has an anchoring device reducing the barge movements under the effect of external loads and which is essential in the case of a connection of the barge with the banks using tunnels and walkways.
- the anchoring device is characterized in that the fixing of the barge is either on piles of tubes drilled and embedded in the ground and filled with reinforced concrete, or on jackets with the aid of a device allowing horizontal adjustment and vertical and allowing the assembly and disassembly of the barge, and allowing a modification of the draft of the barge depending on the rising waters.
- the float of the barge comprises 16 compartments intended for the anchorage, four compartments located under six arms taking the efforts that are concentrated at the ends of the dikes.
- each compartment has a structure for assembling the connecting tubes to be fixed inside the battery tubes providing the connection between the barge and the stacks implanted under the bottom level of the barge.
- a suitable mounting device allows up and down sleeve tubes and move horizontally to adjust with the implantation of the batteries.
- connection with jacket batteries can be provided and chosen according to local conditions of implementation of the platform, as follows:
- the invention also relates to a method of constructing large floats in a steel-concrete composite structure, comprising the steps of:
- each element being decomposed into several prefabricated sections, the dimensions are chosen according to the type of transport used between the plant and an assembly yard, and where each element coming into direct contact with the seawater consists of a mixed steel-concrete structure;
- FIG. 1 illustrates the structure of the present invention including improvement devices
- Figure 2 shows the perspective diagram of the dome of Figure 1
- FIG. 3 illustrates the principle of prefabrication in beams of the structure of Figure 1;
- FIG. 4 illustrates the principle of gusset assembly of the slices of FIG. 3;
- Figure 5 shows a perspective diagram of the structure supporting the canopy of the atrium
- Figure 6 shows the principle of prefabrication of the structure supporting the canopy of the atrium;
- Figure 7 shows the assembly details of the structure of Figure 1;
- Figures 8a and 8b illustrate the double bottom of the float of the barge decomposed into prefabricated elements
- Figures 9, 10 and 1 1 illustrate the principle of assembly of the prefabricated elements shown in Figures 8a and 8b;
- Figures 12 to 15 illustrate in different views, sections and perspectives the ranges- pontoons of the present invention
- Figures 16, 17 and 18 show the principle of connection of the barge with the jackets.
- the present invention proposes to improve the structure described in the prior art.
- a first axis of improvement (A1) lies in the dome-shaped structure participating in the resistance of the barge and supporting a cover.
- the cover consists of: stiffened metal sheet, light reinforced concrete, sealing elements, tubing networks allowing the circulation of water to cool the metal structure undergoing significant expansions and to heat the water (heat pump). heat), and photovoltaic or thermal panels located outside.
- a second axis of improvement (A2) lies in the three-dimensional structure to a sheet, obtained according to a same method of construction and assembly as the dome-shaped structure but having a different geometry and supporting a canopy of the double atrium. glazing or other type of cover.
- a third improvement axis (A3) relates to a method of constructing large floats in a steel-concrete composite structure. This process is innovative in that the float is decomposed into prefabricated elements and reassembled, while allowing each element in direct contact with seawater to ensure good sealing, good resistance to corrosion.
- the construction of the structure brings a strong economy in the use of steel.
- a fourth axis of improvement concerns beaches - pontoons, forming swimming pools, fixed on dykes all around the barge, and connected at the bottom by nets arranged horizontally and, on the sea side by cables and nets arranged vertically, as the whole forms bathing areas ensuring several functions: - protection against shocks from boats and other floating objects;
- a fifth improvement axis A5 relates to the anchoring device of the barge to reduce the movement of the barge and provide greater security than the known cable anchor device.
- This device is essential in the case of links of the island with the littoral by the tunnel and the footbridge.
- the anchoring device uses batteries or jackets that support the forces of the swell, the current and the wind.
- This device is advantageously adapted to weather conditions in the Mediterranean where the depth is greater than 30 m, the tides do not exceed 50 cm, the rise in water estimated at ⁇ 1.5 m, the extreme swell is 6 m and the extreme wind 300 km / h.
- This device makes it possible to reduce the movements of the barge which is essential in the case of links of the island with the littoral by tunnel and footbridge.
- FIG. 9 shows the perspective diagram of the three-dimensional structure with a dotted-shaped multidirectional lattice web for the current portion.
- This structure is supported by 6 crutches (27) fixed on the arms of the barge and 48 inclined posts (28) fixed on the lower structure constituting with the barge a rigid assembly providing the functions previously described with reference to the object A1.
- Water gutters (26) for recovery of rainwater (for storage, filtration and future use) are provided in the lower part of the dome - Fig.1 (6) - Fig.2. (26) - Fig.3 (36) - and the water drops inside the tube poles (28) and posts of 6 crutches (27).
- FIG. 3 represents the principle of the modelization of the sketches of the structure where R1 is the radius of curvature of the arc, R2 is the radius of the lower part of the dome, R3 is the radius of the upper part supporting the belvedere ( 34).
- Each slice consists of 2 curved chords - Fig.3 (31) Fig.4 (43) - crosspieces - Fig.3 (32) and Fig.4 (42) - square or rectangular tubes and diagonals and round tubes - Fig.3 (33) and Fig.4 (43).
- the curved truss beams forming the "slices" shown in FIGS. 3 and 4 are assembled on site by either welding or bolting using the gussets (45) of FIG. 4 comprising the welded adjusting shims (46). .
- the structure of the dome supports photovoltaic and thermal panels in the form of sandwich panels (44) composed of:
- this device allows:
- the dome designed according to the method of the invention can be used as a cover for buildings of different types: sports buildings, stadiums, hotels, factories, etc.
- the structure of the cupola may include a lower sheet increasing resistance and reducing deformation of the latter.
- Figure 5 shows a perspective diagram and the assembly details of the structure supporting the canopy of the atrium (double glazing (74) of Figure 7) and the gazebo (9) fig.1 and (51) fig. 5).
- This structure is made and assembled as the structure shown in Figure 4 described above.
- Figure 6 shows the principle prefabrication of the structure supporting the canopy of the atrium. It is decomposed by prefabricated elements and assembled on the site according to the details of Figure 7.
- a double glazing (74) comprising an aluminum frame, fixed on the cross members (72) and the curved chords (71).
- the canopy can be replaced by a cladding or cover for other applications, such as for aero-refrigerant nuclear power plants for example.
- Figure 8 illustrates the double bottom of the barge float decomposed in prefabricated elements shown on part (A) and assembled in a cooperating steel formwork shown on part (B).
- the dimensions of the prefabricated elements (81 to 88) are defined according to the possibilities of the construction sites carrying out these elements.
- each element can be broken down into several sections made in several factories.
- the building site carrying out the elements is in charge of the assembly of the metal sections by welding, the installation of the reinforcements and the concreting of the raft, the sails and the bridge 2 constituting the double-bottom which is then launched and towed in the site of float assembly (a construction yard with sufficient draft).
- the four compartments of the floats (84) indicate the anchoring zones of the barge, either by means of chains and cables, or by means of connections with battery-jackets. This device is described in detail in improvement (A5).
- the prefabricated elements defined above are assembled by construction joints shown in FIG. 8 and FIG. 9 by the references (89, 99). Each element in direct contact with the seawater (the plating and the intermediate walls delimiting the prefabricated and towed elements) is made according to the plane of principle of Figures 9, 10 and 1 1. Each element consists of:
- Figures 9, 1 0 and 1 1 illustrate the principle of assembly of prefabricated elements shown in Figures 8a and 8b. They also give the details of the composition of the walls in mixed steel-concrete structure delimiting the elements which are in direct contact with the sea water.
- FIGS. 9 and 10 more specifically represent the bottom of the bridge deck 1 (P1) raft float made of the composite structure described above which is connected to the deck 2 (P2) by means of partitions (CL1) and (CL2) - sails beams providing resistance (and forming the double bottom) and delimiting the ballast tanks (R).
- the assembly of the prefabricated elements, after adjustment of the drafts (by additional deadweight, ballast or cylinders) is carried out according to the detail of Figures 9 and 10 in the following order:
- pontoons forming pools are shown in Figures 12, 13, 14 and 15 which show perspective views, sections and a plan view.
- the pontoon beaches consist of:
- - pool bottom made of net (126, 146, 156) supporting the weight of swimmers and protecting them from drowning, sharks and jellyfish;
- a fifth axis of improvement (A5) concerns the anchoring variant by the replacement of cables and chains by a device of batteries or jacket recessed in the seabed.
- Figures 16, 17 and 18 give the details of the device. proposed anchorage.
- the float of the barge represented in FIG. 8, comprises 16 compartments (X) intended for anchoring, ie four compartments situated under six arms (84) taking up the efforts which are concentrated at the ends of the dikes (85) and ( 86).
- each compartment, shown in Figure 16 comprises a structure for assembling the connecting tubes to be fixed inside the battery tubes providing the connection between the barge and the stacks implanted under the bottom level of the barge.
- a suitable mounting device makes it possible to raise and lower the sleeve tubes and move them horizontally to adjust them with the implantation of the batteries (Adjustment (R) fig.18).
- Adjustment (R) fig.18) can be planned and chosen according to local conditions of implementation of the platform, as follows:
- FIG 16 shows the horizontal sectional anchorage room A-A of Figure 17, with the barge connection details with the jackets. Are referenced:
- the architectural and technical design resulting from the present invention can accommodate several thousand inhabitants while attracting many visitors and customers to live, work and enjoy the various leisure facilities.
- Such an autonomous, energy-efficient marine city is an innovative example of sustainable development.
- Each component of the barge structure provides a plurality of structural, functional, ecological and architectural functions. By concentrating all the activities of a city in a single complex, all the problems of sustainable development and security are more easily and more economically solved than in the habitat along the coast.
- the new platform - barge designed according to the method of the invention can be anchored offshore in a water depth greater than 50 meters, and its structure is more resistant to the tsunami that built on the coast.
- the new structure advantageously allows to meet the expected objectives, according to a prefabricated building method that simplifies assembly, reduces the weight, and limits the cost of the barge.
- the proposed method covers in particular: - the construction of double curvature structures, applied for the dome supporting the solar panels and for the structure supporting the canopy of the atrium;
- the new structure also covers a device for anchoring the barge in jackets to reduce the movement of the barge in the case of connection with the coastline tunnel and bridge.
Landscapes
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Abstract
La présente invention couvre une structure flottante de grandes dimensions qui répond aux besoins d'extension des activités des villes côtières. La conception architecturale et technique résultant de la présente invention permet de loger, plusieurs milliers d'habitants tout en attirant de nombreux visiteurs et clients pour habiter, travailler, et profiter des équipements de loisirs variés. Cette cité marine autonome en énergie, non polluante et respectant l'environnement constitue un exemple de développement durable. Chaque composant de la structure de la barge assure un maximum de fonctions : structurelles, fonctionnelles, écologiques et architecturales. En concentrant dans un seul complexe l'ensemble des activités d'une ville il est plus facile et plus économique de régler tous les problèmes de développement durable et de sécurité que dans l'habitat au bord de littoral.
Description
DISPOSITIFS ET PROCEDES DE FABRICATION POUR STRUCTURE FLOTTANTE
DE GRANDES DIMENSIONS
Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine des structures flottantes de grande dimension. Plus précisément, l'invention concerne une île artificielle flottante qui est autonome en énergie et respectant l'environnement.
Etat de la Technique La réalisation d'îles artificielles flottantes sous forme de barges ou de plateformes offshore à vocation immobilière touristique, nécessite de résoudre de nombreux et différents problèmes dont notamment :
- le choix de formes et d'aménagements recherchés par les clients, basés sur des études de marché garantissant un taux de remplissage élevé ;
- la réalisation d'études permettant de régler tous les problèmes techniques et de justifier la faisabilité du concept ;
- l'étude d'ancrage de la barge qui conditionne la faisabilité technique ;
- la construction du flotteur de grandes dimensions, difficilement réalisable dans les chantiers navals existants.
Ainsi, la barge flottante doit s'adapter aux différents types d'implantations et d'ancrage, tels :
- en île autonome implantée au large des côtes et accessible par bateaux et hélicoptère (barge ancrée par câbles et chaînes pour des grandes profondeurs ou reposant sur piles - jacket) ;
- en île reliée au rivage par un tunnel et/ou une passerelle (plate-forme sur piles).
Chaque type d'ancrage de la barge flottante doit faire l'objet d'études tenant compte de la zone d'implantation, notamment la distance par rapport au rivage, la profondeur de la mer, le vent, le courant, la houle, les marées, et les montées des eaux.
Par ailleurs, la structure flottante doit résister dans des conditions extrêmes. Aussi, pour garantir une durée de vie supérieure à 1 00 ans, la structure du flotteur doit avoir une bonne résistance à la corrosion et une très bonne étanchéité.
De plus, une île artificielle formant une cité marine destinée à plusieurs milliers d'habitants, touristes, visiteurs et personnel, doit avoir un accès facile (piétons, voitures, bateaux, hélicoptère nécessitant un port pour ferry et bateaux de plaisance et un héliport).
La sécurité est un point majeur et la structure doit bénéficier d'une tenue au feu conforme aux normes, et permettre une évacuation rapide (bateaux - ferry de sauvetage) en cas d'accident ou d'incendie.
Il doit aussi y avoir une mise en conformité des installations avec les normes de développement durable et d'économie d'énergie. La production et l'autonomie d'énergie doivent pouvoir être obtenue par éoliennes, panneaux solaires thermiques et photovoltaïques, groupes électrogènes, et/ou carburant non polluant (C02 ± = 0).
De telles îles doivent être construites dans le respect de l'environnement, avec la filtration des eaux usées, la production et le stockage d'eau potable, le traitement des déchets.
Aussi, la réalisation des structures destinées à supporter les panneaux photovoltaïques, thermiques, et les verrières qui doivent s'intégrer dans l'architecture monumentale des cités marines recevant le public, doivent faire l'objet d'études particulières, dont entre autres l'optimisation du poids et du coût.
Enfin, l'accès à la mer doit se faire en toute sécurité pour les habitants (piscines flottantes, bateaux de plaisance). La demande de brevet FR28780865 de CCERET Engineering par le même inventeur Richard Dziewolski que la présente demande, décrit une barge destinée à former une île artificielle flottante, servant, dans une application préférée, de complexe immobilier à vocation touristique entièrement intégré, implanté en site marin ou assimilé (lac, marécage, etc.). Cependant, cette barge ne répond pas en totalité aux impératifs précédemment décrits. Et des améliorations sont proposées dans la présente demande.
Résumé de l'invention
La solution décrite vise à apporter des améliorations au dispositif présenté dans l'art antérieur afin de réduire le coût global de fabrication.
Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose différents dispositifs et procédés permettant d'augmenter la résistance de la barge, faciliter la construction du flotteur, permettre l'accès à la mer aux habitants et touristes, faciliter la mise en conformité des installations avec les normes de développement durable et d'économie d'énergie et proposer une variante d'ancrage de la barge.
Ainsi les améliorations proposées portent sur : - le remplacement de contreventements par une structure tridimensionnelle en forme de coupole supportant des panneaux solaires, permettant la réduction du poids de l'acier et simplifiant le montage ;
- une structure supportant la verrière de l'atrium (réf. 1 1 figure 3) plus résistante supportant une verrière et un belvédère ; - un nouveau procédé de construction d'un flotteur de grande dimension en structure mixte acier-béton ;
- une protection de la barge contre le choc des bateaux et d'objets divers, par des plages, des pontons, des piscines flottantes assurant plusieurs fonctions ;
- un dispositif d'ancrage de la barge par câbles complété par une nouvelle variante. Ainsi, un premier objet (A1 ) de l'invention est une structure tridimensionnelle avec une nappe de treillis multidirectionnels en forme de coupole pour la partie courante. Cette structure dans une implémentation préférentielle, est supportée par 6 béquilles fixées sur les bras de la barge et 48 poteaux inclinés fixés sur la structure inférieure, le tout constituant un ensemble rigide permettant :
- d'augmenter la résistance de la barge et supprimer les contreventements prévus dans le brevet précité ;
- de supporter les efforts du vent extrême (250 à 300 km/h) ;
- de supporter les réactions verticales et horizontales du belvédère ;
- de supporter les panneaux photovoltaïques pour la production d'électricité, et thermique pour le chauffage de l'eau ;
- de jouer le rôle de brise-soleil pour la verrière située au-dessous éclairant l'atrium ; - d'assurer l'évacuation des personnes occupant le belvédère à l'aide des escaliers de secours implantés au-dessus ;
- de jouer le rôle de parapluie permettant de collecter les eaux pluviales pour utilisation future ; et
- de simplifier le montage et limiter le coût.
Un deuxième objet (A2) de la présente invention est une structure tridimensionnelle avec une nappe ayant une géométrie permettant une bonne résistance au voilement des parois et permettant :
- de supporter la verrière d'un atrium central ;
- de supporter les réactions verticales et horizontales d'un restaurant panoramique belvédère, situé au sommet de la barge ;
- d'assurer la stabilité transversale du mât central, ce dernier jouant le rôle, en phase de montage, d'implantation de la grue et en phase d'exploitation de supporter le poids d'un belvédère, d'ascenseurs panoramiques, d'escaliers de secours et du passage de fluides et de câbles ; et
- de simplifier le montage et limiter le coût.
Un troisième objet (A3) de l'invention concerne un procédé de construction d'un flotteur de grandes dimensions, supérieur à 100 m, ce qui est difficilement réalisable dans les chantiers navals actuels. Le procédé est innovant en ce que le flotteur est décomposé en plusieurs éléments réalisés en structure mixte acier béton, préfabriqués en usine et assemblés en flottaison dans un site de construction, de faible tirant d'eau, mais tout en assurant une bonne étanchéité, une excellente résistance à la corrosion, et permettant la réduction du poids d'acier par rapport aux grands paquebots réalisés en acier. Le montage de ces structures tridimensionnelles de grande portée, à double courbure, composées de petits éléments (nœuds + barres) qui sont assemblés sur
chantier, est particulièrement complexe étant donné le nombre de différents éléments de la structure et de la couverture possédant des dimensions variables à assembler et devant assurer l'étanchéité. Un quatrième objet (A4) de la présente invention concerne des plages-pontons, formant des piscines et fixées sur des digues tout autour de la barge. Ces plages- pontons sont fixées à l'aide de joints articulés assurant le réglage de tirant d'eau. Ces plages-pontons sont reliées entre elles au fond par des filets disposés horizontalement et, du côté mer, par des câbles et des filets disposés verticalement. L'ensemble forme des zones de baignades, et assure plusieurs fonctions :
- la protection contre des chocs de bateaux et autres objets flottants divers ;
- être des brise-lames réduisant les nuisances des vagues ;
- la protection des zones de baignade, de noyade, contre les requins, les méduses et la pollution par hydrocarbures.
Un cinquième objet (A5) de l'invention concerne une variante d'ancrage par un dispositif par piles ou jacket. Cet ancrage a pour but la réduction des mouvements de la barge dans le cas de liaison avec le littoral par tunnel et passerelle. Les piles supportent les charges horizontales et verticales résultant de surcharges additionnelles d'exploitation et des charges climatiques. La structure faisant l'objet de la présente invention peut s'adapter aux différents types d'ancrages étudiés en fonction des marées et montées des eaux, résultant d'un réchauffement de la planète. Elle peut également être dimensionnée pour supporter des efforts dus à un tsunami. Dans ce dernier cas la profondeur de la mer doit être supérieure à 60 m et les efforts doivent être définis par essais en bassin. La figure 8 représente des compartiments prévus dans le flotteur pour loger différents dispositifs de liaisons adaptés au type d'ancrage de la barge (avec ou sans réglage du tirant d'eau).
Ainsi, l'invention concerne une structure tridimensionnelle comprenant une nappe de treillis multidirectionnels en forme de coupole, la coupole étant supportée par une pluralité de béquilles, la structure comprenant de plus une pluralité de poteaux inclinés fixés sur la partie inférieure de la structure, la structure étant caractérisée en ce qu'elle
est composée de tranches préfabriquées, chaque tranche préfabriquée comprenant deux membrures cintrées, des traverses, et des diagonales.
Avantageusement, chaque béquille est une tranche préfabriquée dont les épures sont constituées par rotation d'un arc tournant autour d'un axe vertical d'un angle modulaire égal à 360/n.
Dans un mode de réalisation, les traverses sont des tubes carrés ou rectangulaires, et les diagonales sont des tubes ronds.
Avantageusement, les membrures cintrées sont obtenues par rotation autour d'un axe vertical d'un arc mis à l'envers obtenu par cintrage à chaud des tubes carrés.
Dans une variante d'implémentation, la structure comprend un réseau de chéneaux d'eau pour récupération de l'eau de pluie.
L'invention concerne aussi une barge comprenant la structure tridimensionnelle telle que décrite. Dans une implémentation de la barge, la structure tridimensionnelle comprend six béquilles fixées sur des bras de la barge et quarante huit poteaux inclinés, le tout constituant un ensemble rigide permettant d'augmenter la résistance de la barge.
Dans une réalisation, la nappe de treillis multidirectionnels a une géométrie permettant de supporter une verrière d'atrium double vitrage, cette nappe pouvant être incluse dans une barge. L'invention concerne aussi une barge à grandes dimensions ayant une coupole en partie supérieure assurant les contreventements et supportant des panneaux photovoltaïques et thermiques pour la production d'électricité et pour le chauffage. La coupole formant un ensemble composite est constituée d'une structure tridimensionnelle tubulaire préfabriquée par tranches selon le procédé revendiqué, d'une tôle d'acier cintrée soudée sur les traverses et membrures de la structure, de raidisseurs en L soudés par points sur la tôle d'acier, d'une armature de géométrie prédéfinie par calculs, de béton léger avec adjonction d'un produit rendant le béton étanche remplissant la tôle, les raidisseurs et l'armature. Elle comprend aussi un réseau de tubes permettant la circulation d'un liquide pour d'une part refroidir les panneaux photovoltaïques et la structure métallique permettant ainsi de réduire la dilatation thermique de l'acier et d'autre part de réchauffer l'eau. La coupole présente des espaces d'air et des panneaux
composés d'un vitrage sécurité et de cellules photovoltaïques collées pour la production d'électricité.
La barge peut comprendre des moyens pour former une barge à vocation touristique ou une île artificielle flottante. Ces moyens comprennent au moins :
- un flotteur habitable de grandes dimensions en structure mixte acier-béton, ledit flotteur comprenant des éléments préfabriqués assemblés par joints de chantier ;
- des plages, pontons ; et
- un système d'ancrage de la barge dans des piles-jackets permettant de réduire les déplacements de la barge.
Ainsi l'invention porte aussi sur une barge comportant un flotteur de grandes dimensions en structure mixte-acier-béton, le flotteur étant composé d'éléments préfabriqués qui sont assemblés en flottaison, et où chaque élément en contact direct avec l'eau de mer présente une bonne étanchéité, une bonne résistance à la corrosion et une durée de vie de 100 ans par le fait que les parois en contact direct avec l'eau de mer sont constituées de tôle acier, de raidisseurs soudés sur la tôle et de traverses alvéolaires soudées sur la tôle, constituant ainsi en collaboration un coffrage intérieur assurant l'étanchéité parfaite du flotteur. Le flotteur est aussi composé d'une armature longitudinale et transversale, en béton avec adjonction d'un produit rendant le béton étanche. Le coffrage extérieur en contact direct avec l'eau de mer peut être soit dans un revêtement imitant les rochers tels que dans les aquariums ou les ports, avec des éléments sur les parois extérieures en béton poli avec adjonction d'un composant à la base de résine évitant l'éclatement du béton, tel que l'ensemble participe à la résistance globale et assure l'étanchéité des parois et la protection contre la corrosion.
Dans une réalisation possible, l'invention est une barge à vocation touristique comprenant une protection périphérique constituée de plages-pontons. Les plages- pontons forment des piscines, fixées sur des digues tout autour de la barge et reliées au fond par des filets disposés horizontalement et, du côté mer par des câbles et des filets disposés verticalement, tel que l'ensemble forme des zones de baignades. Ces zones
assurent plusieurs fonctions:
- protéger contre les chocs des bateaux et autres objets flottants divers ;
- être un brise-lames réduisant les nuisances des vagues ;
- assurer des zones de baignade surveillée contre les noyades, les attaques de requins, les méduses et la pollution par hydrocarbures.
Avantageusement, les plages-pontons sont constituées :
- de plages-consoles encastrées dans la digue;
- de pontons réalisés en caisson en béton armé étanche (ou autres matériaux) comportant des compartiments de ballastage pour le réglage de tirant d'eau ;
- de joints en acier inox démontables assurant l'articulation des pontons sur les plages-consoles et permettant le réglage de tirant d'eau ;
- d'escaliers en béton armé fixés sur les plages consoles supportant le filet ;
- d'un fond de piscine réalisé en filet supportant le poids des baigneurs et protégeant ces derniers de la noyade, des requins et des méduses ;
- d'un dispositif de protection des piscines contre les chocs des bateaux et objets flottant divers qui est constitué d'un câble supérieur supporté par des flotteurs-bouées, d'un câble inférieur suspendu sur un câble supérieur et supportant le filet et où le filet est disposé verticalement et fixé sur les câbles protégeant la piscine contre les requins, les méduses et les pollutions par hydrocarbure.
L'invention a aussi pour objet une barge qui a un dispositif d'ancrage réduisant les déplacements de la barge sous l'effet des charges extérieures et qui est indispensable dans le cas d'une liaison de la barge avec les rives à l'aide de tunnels et de passerelles. Le dispositif d'ancrage est caractérisé par le fait que la fixation de la barge est soit sur des piles en tubes forés et encastrés dans le sol et remplis de béton armé, soit sur jackets à l'aide d'un dispositif permettant le réglage horizontal et vertical et permettant le montage et le démontage de la barge, et permettant une modification du tirant d'eau de la barge en fonction des montées des eaux.
Avantageusement le flotteur de la barge comporte 16 compartiments destinés à
l'ancrage, quatre compartiments situés sous six bras reprenant les efforts qui sont concentrés aux extrémités des digues.
Avantageusement chaque compartiment, comporte une structure permettant d'assembler les tubes de liaison à fixer à l'intérieur de tubes de piles assurant la liaison entre la barge et les piles implantées sous le niveau du fond de la barge.
Avantageusement, un dispositif de montage approprié permet de monter et descendre des tubes manchons et les déplacer horizontalement pour les ajuster avec l'implantation des piles.
Avantageusement différents types de liaisons avec piles jacket peuvent être prévus et choisis en fonction de conditions locales d'implantation de la plateforme, comme suit :
- encastrement parfait non démontable de piles dans la structure de la barge : soit par soudure des manchons avec les piles ; soit par remplissage des tubes de liaison à l'aide de béton avec armature complémentaire assurant l'ancrage ; soit par les deux à la fois ;
- encastrement des piles dans la barge, démontable et réglable, à l'aide du dispositif (J) détaillé sur les figures 17 et 18 ;
- encastrement du tube de liaison dans les piles par soudure et bétonnage et articulation avec glissement vertical du tube assurant la liaison à l'aide d'un tube d'emboîtement encastré par soudure et bétonnage dans le local d'ancrage. Ce tube d'emboîtement peut être revêtu intérieurement de Téflon® facilitant le glissement vertical (solution à adopter dans le cas de grandes marées reprenant uniquement les efforts horizontaux).
L'invention concerne aussi un procédé de construction de flotteurs de grandes dimensions en structure mixte acier-béton, comprenant les étapes de :
- réaliser dans une usine des éléments préfabriqués pour le flotteur, chaque élément étant décomposé en plusieurs tronçons préfabriqués, dont les
dimensions sont choisies en fonction du type de transport utilisé entre l'usine et un yard d'assemblage, et où chaque élément à venir en contact direct avec l'eau de mer est constitué d'une structure mixte acier-béton ; et
- assembler les éléments préfabriqués par joints de chantier.
Description des figures
Différents aspects et avantages de l'invention vont apparaître en appui de la description d'un mode préféré d'implémentation de l'invention mais non limitatif, avec référence aux figures ci-dessous : La figure 1 illustre la structure de la présente invention incluant les dispositifs d'amélioration ;
La figure 2 représente le schéma en perspective de la coupole de la figure 1 ;
La figure 3 illustre le principe de préfabrication en tranches de poutres de la structure de la figure 1 ; La figure 4 illustre le principe d'assemblage par goussets des tranches de la figure 3 ;
La figure 5 représente un schéma en perspective de la structure supportant la verrière de l'atrium ;
La figure 6 représente le principe de la préfabrication de la structure supportant la verrière de l'atrium ; La figure 7 représente les détails d'assemblage de la structure de la figure 1 ;
Les figures 8a et 8b illustrent le double-fond du flotteur de la barge décomposée en éléments préfabriqués ;
Les figures 9, 10 et 1 1 illustrent le principe d'assemblage des éléments préfabriqués représentés sur les figures 8a et 8b ; Les figures 12 à 15 illustrent sous différentes vues, coupes et perspectives les plages-
pontons de la présente invention ;
Les figures 16 ,17 et 18 représentent le principe de liaison de la barge avec les piles- jackets.
Description détaillée de l'invention
La présente invention propose d'améliorer la structure décrite dans l'art antérieur.
Ainsi, il n'est pas repris la description des éléments communs au dispositif connu, et seuls les éléments d'amélioration sont décrits de manière plus détaillée.
Ainsi, les améliorations par rapport à l'objet du brevet français précité résident principalement dans 5 axes.
II est cependant à noter que ces dispositifs peuvent avoir des applications dans d'autres domaines de constructions que celui des structures flottantes.
Un premier axe d'amélioration (A1 ) réside dans la structure en forme de coupole participant à la résistance de la barge et supportant une couverture. La couverture est constituée : de tôle métallique raidie, de béton léger armé, d'éléments d'étanchéité, de réseaux de tubes permettant la circulation d'eau pour refroidir la structure métallique subissant les dilatations importantes et pour réchauffer l'eau (pompe à chaleur), et de panneaux photovoltaïques ou thermiques situés à l'extérieur.
Un deuxième axe d'amélioration (A2) réside dans la structure tridimensionnelle à une nappe, obtenue suivant un même procédé de construction et d'assemblage que la structure en forme de coupole mais ayant une géométrie différente et supportant une verrière de l'atrium double vitrage ou un autre type de couverture.
Un troisième axe d'amélioration (A3) concerne un procédé de construction des flotteurs de grandes dimensions en structure mixte acier-béton. Ce procédé est innovant en ce que le flotteur est décomposé en éléments préfabriqués et réassemblés, tout en permettant que chaque élément en contact direct avec l'eau de mer garantie une bonne étanchéité, une bonne résistance à la corrosion. Avantageusement, par ce procédé, la construction de la structure amène une forte économie en utilisation de l'acier.
Un quatrième axe d'amélioration (A4) concerne des plages - pontons, formant
des piscines, fixées sur des digues tout autour de la barge, et reliées au fond par des filets disposés horizontalement et, du côté mer par des câbles et des filets disposés verticalement, tel que l'ensemble forme des zones de baignades assurant plusieurs fonctions : - une protection contre les chocs des bateaux et autres objets flottants divers ;
- un brise-lames réduisant les nuisances des vagues ;
- une protection des zones de baignade, contre les noyades, les requins, les méduses et la pollution par hydrocarbures.
Un cinquième axe A5 d'amélioration concerne le dispositif d'ancrage de la barge permettant de réduire les déplacements de la barge et offrir une plus grande sécurité que le dispositif d'ancrage par câbles connu. Ce dispositif est indispensable dans le cas de liaisons de l'île avec le littoral par le tunnel et la passerelle. Le dispositif d'ancrage utilise des piles ou jackets supportant les efforts de la houle, du courant et du vent. Ce dispositif est avantageusement adapté à des conditions météo en Méditerranée où la profondeur est supérieure à 30 m, les marées ne dépassent pas 50 cm, la montée des eaux estimée à ±1 ,5 m, la houle extrême est de 6m et le vent extrême de 300 km/h. Ce dispositif permet de réduire les mouvements de la barge ce qui est indispensable dans le cas de liaisons de l'île avec le littoral par tunnel et passerelle.
Référence est faite à la figure 1 qui montre la structure de la présente invention incluant les dispositifs d'amélioration. Sont représentés par les références entre parenthèse :
(1 ) la coupole
(2) la structure de l'atrium
(3) le flotteur (4) les plages-pontons
(5) les escaliers de secours
(6) les chéneaux et descente d'eau à l'intérieur des tubes aciers supportant la structure pour évacuer les eaux de pluie
(7) les béquilles assurant la transmission des efforts coupole-bras
(8) piles permettant l'ancrage de la plateforme, assurant la transmission des efforts horizontaux et verticaux
(9) belvédère, restaurant panoramique. La figure 2 représente le schéma en perspective de la structure tridimensionnelle avec une nappe de treillis multidirectionnels en forme de coupole pour la partie courante. Cette structure est supportée par 6 béquilles (27) fixées sur les bras de la barge et 48 poteaux inclinés (28) fixés sur la structure inférieure constituant avec la barge un ensemble rigide assurant les fonctions précédemment décrites en référence avec l'objet A1 .
Des chéneaux d'eau (26) pour récupération de l'eau de pluie (pour stockage, filtration et utilisation future) sont prévus en partie inférieure de la coupole - Fig.1 (6) - Fig.2. (26) - Fig.3 (36) - et les descentes d'eaux à l'intérieur des poteaux en tubes (28) et des poteaux de 6 béquilles (27). La structure est préfabriquée par "tranches " dont les épures sont constituées par rotation d'un arc tournant autour d'un axe vertical d'un angle modulaire = 360/n).
La figure 3 représente le principe de la modélisation des épures de la structure où R1 est le rayon de courbure de l'arc, R2 est le rayon de la partie inférieure de la coupole, R3 est le rayon de la partie supérieure supportant le belvédère (34). Chaque tranche est composée de 2 membrures cintrées - Fig.3 (31 ) Fig.4 (43) - des traverses - Fig.3 (32) et Fig.4 (42) - en tubes carrés ou rectangulaires et des diagonales et tubes ronds - Fig.3 (33) et Fig.4 (43). Les poutres cintrées à treillis formant "les tranches" représentées sur les figures 3 et 4 sont assemblées sur le chantier soit par soudure soit par boulonnage à l'aide des goussets (45) de la figure 4 comportant les cales de réglage soudées (46).
La structure de la coupole supporte des panneaux photovoltaïques et thermiques sous forme de panneaux sandwich (44) composés :
- de la tôle d'acier inox cintrée (T) soudée sur les traverses et membrures de la structure principale ;
- de raidisseurs en L (C) soudés par points sur la tôle ;
- d'armature (A) définie par calcul ;
- de béton léger (D) avec adjonction d'un produit rendant le béton étanche ;
- d'isolation + étanchéité (en cas de besoins) ;
- de réseaux de tubes permettant la circulation de l'eau (idem à planchers chauffants) pour, d'une part, refroidir les panneaux photovoltaïques et la structure métallique et, d'autre part, réchauffer l'eau (eau chaude sanitaire, chauffage, pompe à chaleur) ;
- de vide d'air ;
- de panneaux photovoltaïques ou thermiques et d'éoliennes de petites dimensions. Avantageusement ce dispositif permet :
- d'assurer l'étanchéité de la toiture ;
- d'isoler thermiquement la structure métallique supportant des différences de température importantes ;
- de réduire le bruit résultant des éoliennes fixes au-dessus ;
- de produire l'électricité ;
- de chauffer l'eau et refroidir les panneaux photovoltaïques et la structure métallique qui est chauffée par le soleil et par les panneaux photovoltaïques et thermiques (réduction de la dilatation thermique de la structure métallique) ;
- de simplifier et réduire le prix de montage de la coupole.
Avantageusement la coupole conçue suivant le procédé de l'invention peut être utilisée comme couverture des bâtiments de différents types : bâtiments sportifs, stades, hôtels, usines, etc. Pour les grandes portées, la structure de la coupole pourra comporter une nappe inférieure augmentant la résistance et réduisant les déformations de cette dernière.
La figure 5 représente un schéma en perspective et les détails d'assemblage de la structure supportant la verrière de l'atrium (double vitrage (74) de la figure 7) et le belvédère (9) fig.1 et (51 ) fig. 5). Cette structure est réalisée et assemblée comme la structure représentée sur la figure 4 décrite ci-dessus. La figure 6 représente le principe
de la préfabrication de la structure supportant la verrière de l'atrium. Elle est décomposée par éléments préfabriqués et assemblés sur le chantier suivant les détails de la figure 7. La géométrie des épures de la structure est obtenue par la rotation autour d'un axe vertical (angle modulaire = 360/n) d'un arc mis à l'envers (rayon de cintrage = R1 , rayon de l'atrium = R2, rayon de l'ouverture supérieure = R3 suivant le détail de la figure 6).
Les tranches élémentaires formant la structure sont constituées de : membrures (61 ) fig. 6 et (71 ) fig.7, en tubes carrés ou rectangulaires, de traverses (62) fig. 6 et (72) fig.7, et de diagonales (63) fig. 6 et (73) fig.7, en tubes carrés, rectangulaires ou ronds. Ces tranches soudées à plat (détail B de la figure 6) sont cintrées à chaud à l'usine. Les diagonales et les traverses sont soudées sur les membrures cintrées (coupes biaises des traverses et des diagonales avec angles = 360 /2n). Les éléments en forme de tranches sont décomposés par tronçons (I) fig. 6 dont la longueur dépend des moyens de transport usine/chantier. La figure 7 représente les détails d'assemblage de deux tranches de la structure
(vue en plan et coupe), comprenant :
- des membrures (71 ) en tubes carrés ou rectangulaires
- des traverses (72) et diagonales (73) en tubes carrés, rectangulaires ou ronds
- un assemblage transversal des tranches de la structure par soudure ou boulons à l'aide des goussets (75)
- un double vitrage (74) comportant une ossature en aluminium, fixé sur les traverses (72) et les membrures cintrées (71 ).
Avantageusement, la verrière peut être remplacée par un bardage ou couverture pour d'autres applications, telles que pour l'aéro-refrigérant des centrales nucléaires par exemple.
La figure 8 illustre le double-fond du flotteur de la barge décomposé en éléments préfabriqués montrés sur la partie (A) et assemblé dans un coffrage collaborant en acier montré sur la partie (B). Les dimensions des éléments préfabriqués (81 à 88) sont définies en fonction des possibilités des chantiers de construction réalisant ces
éléments.
La structure métallique de chaque élément peut être décomposée en plusieurs tronçons réalisés dans plusieurs usines. Le chantier réalisant les éléments est chargé de l'assemblage des tronçons métalliques par soudure, la mise en place des armatures et le bétonnage du radier, des voiles et du pont 2 constituant le double-fond qui est ensuite lancé et remorqué dans le site d'assemblage du flotteur (un yard de construction possédant le tirant d'eau suffisant).
Sur la figure 8 il est montré les différents éléments de la structure référencés 81 à
88 : - 1 élément (81 ) central du flotteur central
- 6 éléments (82) du flotteur central
- 6 éléments (83) du flotteur central
- 6 éléments du flotteur bras (84)
- 3 éléments de digues (85)
- 3 éléments de digues (86)
- 2 éléments de SPA (87)
- 4 éléments de fond du port (88).
Les 4 compartiments des flotteurs (84) indiquent les zones d'ancrage de la barge, soit à l'aide de chaînes et câbles, soit à l'aide de liaisons avec piles-jackets. Ce dispositif est décrit en détail dans l'amélioration (A5).
Les éléments préfabriqués définis ci-dessus sont assemblés par joints de chantier montrés en figure 8 et figure 9 par les références (89, 99). Chaque élément en contact direct avec l'eau de mer (les bordées et les voiles intermédiaires délimitant les éléments préfabriqués et remorqués) est réalisé suivant le plan de principe des figures 9, 10 et 1 1 . Chaque élément est constitué de :
- (101 ) Tôle acier ;
- (102) Raidisseurs soudés sur la tôle ;
- (103) Traverses alvéolaires soudées sur la tôle, ces 3 derniers constituant le
coffrage collaborant assurant une étanchéité parfaite du flotteur ;
- (104) Armature longitudinale et transversale ;
- (105) Béton avec adjonction d'un produit rendant le béton étanche ;
- (106) Revêtement imitant les rochers dans les aquariums sous forme de coffrage perdu ou dans le port éléments en béton poli participant dans la résistance et assurant l'étanchéité des parois ;
- (107) Aquarium.
Les figures 9, 1 0 et 1 1 illustrent le principe d'assemblage des éléments préfabriqués représentés sur les figures 8a et 8b. Elles donnent également les détails de la composition des parois en structure mixte acier-béton délimitant les éléments qui sont en contact direct avec l'eau de mer.
Les figures 9 et 10 représentent plus spécifiquement le fond du flotteur radier pont 1 (P1 ) réalisé en structure mixte décrite ci-dessus qui est relié avec le pont 2 (P2) à l'aide de cloisons (CL1 ) et (CL2) - poutres voiles assurant la résistance (et formant le double fond) et délimitant les ballasts et les réservoirs (R). L'assemblage des éléments préfabriqués, après ajustage des tirants d'eau (par le poids mort additionnel, par ballastage ou par vérins) est réalisé suivant le détail des figures 9 et 10 dans l'ordre suivant:
- assemblage des semelles de montants (1 07) en T par boulons HR (108) (la zone de travail est préalablement isolée du reste) et mise en soudure bout à bout (109) de la tôle (101 ) à l'aide de la platine d'ajustage (1010) ;
- mise en place des armatures complémentaires (105) ; et
- bétonnage de l'espace par béton étanche (106).
Avantageusement, les plages-pontons, formant des piscines sont montrées sur les figures 12, 13, 14 et 15 qui représentent des vues en perspective, des coupes et une vue en plan. Les plages-pontons sont constituées de:
- (121 , 131 , 141 , 1 51 ) digue flottante protégeant le port ;
- (122, 132, 142, 1 52) plages-consoles encastrées dans la digue ;
- (123, 133,143, 153) pontons réalisés en caisson en béton armé étanche (ou autre matériaux) comportant des compartiments de ballastage(134) pour réglage de tirant d'eau et éventuellement les câbles (C) avec dispositif de réglage de tension (R) (réduction des mouvements verticaux du ponton) reliant les extrémités du ponton à la base du flotteur ;
- (135, 155) joints en acier inox démontables assurant l'articulation des pontons sur les plages consoles et permettant le réglage de tirant d'eau ;
- (E) de la figure 12, escaliers en béton armé fixés sur les plages-consoles supportant le filet (126, 146, 156) ;
- fond de piscine réalisé en filet (126, 146, 156) supportant le poids des baigneurs et protégeant ces derniers de la noyade, des requins et des méduses ;
- (P) des figures 1 3 à 1 5, dispositif de protection des piscines contre les chocs des bateaux et objets flottant divers et constitué de :
- (157) un câble supérieur supporté par des flotteurs-bouées (159) ;
- (158) un câble inférieur suspendu sur un câble supérieur et supportant le filet (1 56) ;
- le filet disposé verticalement et fixé sur les câbles protégeant la piscine contre les requins, les méduses et les pollutions par hydrocarbure.
Un cinquième axe d'amélioration (A5) concerne la variante d'ancrage par le remplacement des câbles et chaînes par un dispositif de piles ou jacket encastrés dans le fond de la mer. Les figures 16, 1 7 et 18 donnent les détails du dispositif d'ancrage proposé. Avantageusement le flotteur de la barge, représenté sur la figure 8, comporte 16 compartiments (X) destinés à l'ancrage, soit quatre compartiments situés sous six bras (84) reprenant les efforts qui sont concentrés aux extrémités des digues (85) et (86). Avantageusement chaque compartiment, représenté sur la figure 16, comporte une structure permettant d'assembler les tubes de liaison à fixer à l'intérieur de tubes de piles assurant la liaison entre la barge et les piles implantées sous le niveau du fond de la barge. Avantageusement, un dispositif de montage approprié permet de monter et descendre les tubes manchons et les déplacer horizontalement pour les ajuster avec l'implantation des piles (Réglage (R) fig.18). Avantageusement différents types de
liaisons avec piles jacket peuvent être prévus et choisis en fonction de conditions locales d'implantation de la plateforme, comme suit :
- Encastrement parfait non démontable de piles dans la structure de la barge, soit par soudure des manchons avec les piles, soit par remplissage des tubes de liaison à l'aide de béton avec armature complémentaire assurant l'ancrage, soit par les deux à la fois. Ce dispositif permet de reprendre des efforts verticaux et horizontaux (houle + vent + montée des eaux). Cette solution la plus simple peut être adaptée pour la mer Méditerranée pour une durée de vie de la barge de 100 ans ;
- Encastrement des piles dans la barge, démontable et réglable, à l'aide du dispositif (J) présenté sur les figures 17 et 18 ;
- Encastrement du tube de liaison dans les piles par soudure et bétonnage et articulation avec glissement vertical du tube assurant la liaison à l'aide d'un tube d'emboîtement encastré par soudure et bétonnage dans le local d'ancrage (X). Ce tube d'emboîtement peut être revêtu intérieurement de téflon facilitant le glissement vertical (solution à adopter dans le cas de grandes marées reprenant uniquement les efforts horizontaux).
La figure 16 représente le local d'ancrage en coupe horizontale A-A de la figure 17, avec les détails de liaison de la barge avec les piles jackets. Sont référencés :
- (161 ) Doubles parois en acier remplie du béton armé
- (162) Voiles en acier soudés sur les parois et la tôle du radier (163)
- (164) Raidisseur vertical soudé sur le tube de liaison (T) et sur le voile (162) après réglage (R) de la verticalité (tolérance d'implantation des piles - jackets)
- (165) Bride soudée sur le tube et sur la tôle (163) après réglage (l'ouverture dans la tôle (D1 ) plus grande que le diamètre de tube (T) permet d'absorber les imprécisions d'implantation de piles jackets. Les membrures des piles en tubes acier sont remplies du béton armé et encastrées dans le sol à l'aide de forage (principe de ducs d'albe).
Les figures 17 et 18 représentent le détail d'assemblage du tube reliant la barge avec la pile jacket, en coupe verticale avec les détails. Sont référencés :
- (170) Local d'ancrage sous pression pour chasser l'eau
- (170 a) Local technique sas d'entrée avec trappe étanche
- (171 ) Double parois en acier remplie du béton armé faisant le tour du local d'ancrage
- (173 et 183) Tôle acier renforcée avec les raidisseurs formant le radier du local d'ancrage
- (172 et 182) Gousset - voile soudé sur les raidisseurs du tube après le réglage (R) de l'alignement
- (174 et 184) Raidisseur vertical soudé sur le tube (T)
- (185) Bride en tôle soudée sur le tube (T) et sur la tôle (1 73 et 183) après réglage d'alignement
- (T) Tube en acier diamètre extérieur D2 ajusté au diamètre intérieur de la pile ( P)
- (E) Epaisseur des parois du tube
- (J ) Joint de tube de liaison ( T ) permettant de déconnecter la barge et modifier le tirant d'eau de la barge en cas de montée des eaux en ajoutant une pièce complémentaire (solution alternative)
- (BR) 2 brides soudées sur deux tronçons du tube renfoncés par goussets (G1 ), soudés sur les brides et les tubes
- (NE) Joint d'étanchéité en néoprène
- (HR) Boulons assurant le serrage et transmettant les efforts horizontaux
- (L) Longueur du tube de liaison
- (P) Pile en tubes d'acier remplis du béton (duc d'albe faisant partie du jacket encastré dans le sol)
- (C) Contreventements du jacket (traverses + diagonales formant avec pile une structure rigide)
- (G2) Gousset - entonnoir facilitant l'alignement des axes de tubes au montage - (S1 ) Soudure d'angle du tube de liaison avec les parois de la pile de jacket
- (S2) Soudures bouchons
- (B1 ) Arrêt de bétonnage de piles
- (F) Armature des piles
- (B2) Bétonnage après la réalisation des joints soudés (S1 ) et (S2)
- (B3) Bétonnage de compartiments du local d'ancrage
- (B4) Bétonnage éventuel à l'intérieur du tube de liaison pour la réalisation d'encastrement non-démontable sous réserve de la vérification de la résistance de la structure sous l'effet de la montée des eaux.
Ainsi, l'homme du métier apprécie que la structure répond aux besoins d'extension des activités des villes côtières manquant de terrains, suite à la montée des eaux résultant du réchauffement de la planète, qui conduira, dans un proche avenir à l'inondation de zones situées en bordure de littoral.
La conception architecturale et technique résultant de la présente invention permet de loger, plusieurs milliers d'habitants tout en attirant de nombreux visiteurs et clients pour habiter, travailler et profiter des équipements de loisirs variés. Une telle cité marine autonome en énergie, non polluante et respectant l'environnement constitue un exemple innovant de développement durable.
Chaque composant de la structure de la barge assure une pluralité de fonctions structurelles, fonctionnelles, écologiques et architecturales. En concentrant dans un seul complexe l'ensemble des activités d'une ville, tous les problèmes de développement durable et de sécurité sont plus facilement et plus économiquement résolus que dans l'habitat au bord de littoral. La nouvelle plateforme - barge conçue suivant le procédé de l'invention, peut être ancrée au large de côtes dans une profondeur d'eau supérieure à 50 mètres, et par sa structure résiste mieux au tsunami que les constructions bâties sur le littoral.
Ainsi, la nouvelle structure permet avantageusement de respecter les objectifs attendus, selon un procédé de construction d'éléments préfabriqués qui simplifie le montage, réduit le poids, et limite le coût de la barge. Le procédé proposé couvre notamment :
- la construction de structures à doubles courbures, appliquées pour la coupole supportant les panneaux solaires et pour la structure supportant la verrière de l'atrium ;
- la construction d'un flotteur de grandes dimensions, supérieur à 100 m, décomposé en plusieurs éléments réalisés en structure mixte acier béton, préfabriqués en usine et assemblés en flottaison dans un site de construction ayant un faible tirant d'eau mais tout en assurant une bonne étanchéité et une excellente résistance à la corrosion ;
- la construction de plages - pontons, formant des piscines, fixées sur des digues tout autour de la barge, formant des zones de baignades assurant les fonctions de protection contre les chocs des bateaux et autres objets flottants, de brise-lames réduisant les nuisances des vagues, de protection des zones de baignade, de noyade, des requins, des méduses et de la pollution par hydrocarbures.
La nouvelle structure couvre aussi un dispositif d'ancrage de la barge dans les piles-jackets permettant de réduire les déplacements de la barge dans le cas de liaison avec le littoral par tunnel et passerelle.
Claims
1. Barge à grandes dimensions ayant une coupole en partie supérieure assurant des contreventements et supportant des panneaux photovoltaïques et thermiques pour la production d'électricité et pour le chauffage, la coupole formant un ensemble composite constitué :
- d'une structure tridimensionnelle tubulaire préfabriquée par tranches ;
- d'une tôle d'acier cintrée soudée sur des traverses et membrures de la structure ; - de raidisseurs en L soudés par points sur la tôle d'acier ;
- d'une armature de géométrie prédéfinie ;
- du béton léger avec adjonction d'un produit rendant le béton étanche remplissant la tôle, les raidisseurs et l'armature ; la coupole comprenant de plus : - un réseau de tubes permettant la circulation d'un liquide pour refroidir les panneaux photovoltaïques et la structure tridimensionnelle et réchauffer l'eau ;
- des espaces d'air ; et
- des panneaux composés d'un vitrage sécurité et de cellules photovoltaïques collées pour la production d'électricité.
2. La barge selon la revendication 1 dans laquelle la structure tridimensionnelle comprend une nappe de treillis multidirectionnels en forme de coupole, la coupole étant supportée par une pluralité de béquilles (27), la structure comprenant de plus une pluralité de poteaux inclinés (28) fixés sur la partie inférieure de la structure, la structure étant caractérisée en ce qu'elle est composée de tranches préfabriquées, chaque tranche préfabriquée comprenant deux membrures cintrées (31 ), des
traverses (32), et des diagonales (33).
3. La barge selon la revendication 2 dans laquelle chaque béquille est une tranche préfabriquée dont les épures sont constituées par rotation d'un arc tournant autour d'un axe vertical d'un angle modulaire égal à 360/n.
4. La barge selon la revendication 2 ou 3 dans laquelle les traverses sont des tubes carrés ou rectangulaires, et les diagonales sont des tubes ronds.
5. La barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans laquelle les membrures cintrées sont obtenues par rotation autour d'un axe vertical d'un arc mis à l'envers obtenu par cintrage à chaud des tubes carrés.
6. La barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant de plus un réseau de chéneaux d'eau (36) pour récupération de l'eau de pluie.
7. La barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans laquelle la structure tridimensionnelle a une géométrie permettant de supporter une verrière d'atrium double vitrage.
8. La barge selon la revendication 7 dans laquelle la structure tridimensionnelle comprend six béquilles fixées sur des bras de la barge et quarante huit poteaux inclinés, le tout constituant un ensemble rigide permettant d'augmenter la résistance de la barge.
9. La barge selon la revendication 8 comprenant de plus des moyens pour former une barge à vocation touristique.
10. La barge selon la revendication 9 dans laquelle les moyens comprennent au moins :
- un flotteur habitable de grandes dimensions en structure mixte acier-béton (3), ledit flotteur comprenant des éléments préfabriqués assemblés par joints de chantier ;
- des plages-pontons (4) ; et - un système d'ancrage de la barge (8) dans des piles-jackets permettant de réduire les déplacements de la barge.
1 1 . Une barge à vocation touristique comprenant une protection périphérique constituée de plages-pontons formant des piscines, fixées sur des digues tout autour de la barge et reliées au fond par des filets disposés horizontalement et du côté mer par des câbles et des filets disposés verticalement, tel que l'ensemble forme des zones de baignades.
12. La barge selon la revendication 1 1 dans laquelle les plages-pontons sont constituées :
- de plages-consoles encastrées dans la digue;
- de pontons réalisés en caisson en béton armé étanche (ou autres matériaux) comportant des compartiments de ballastage pour le réglage de tirant d'eau ;
- de joints en acier inox démontables assurant l'articulation des pontons sur les plages-consoles et permettant le réglage de tirant d'eau ;
- d'escaliers en béton armé fixés sur les plages consoles supportant le filet ;
- d'un fond de piscine réalisé en filet supportant le poids des baigneurs et protégeant ces derniers de la noyade, des requins et des méduses ; et
- d'un dispositif de protection des piscines contre les chocs des bateaux et objets flottant divers qui est constitué d'un câble supérieur supporté par des flotteurs-bouées, d'un câble inférieur suspendu sur un câble supérieur et supportant le filet et où le filet est disposé verticalement et fixé sur les câbles protégeant la piscine contre les requins, les méduses et les pollutions par hydrocarbure.
13. Une barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 comprenant un dispositif d'ancrage permettant de réduire les déplacements de la barge sous l'effet des charges extérieures, le dispositif d'ancrage étant caractérisé par le fait que la fixation de la barge est faite soit sur des piles en tubes forés et encastrés dans le sol et remplis de béton armé, soit sur jackets à l'aide d'un dispositif permettant le réglage horizontal et vertical, permettant le montage et le démontage de la barge, et permettant une modification du tirant d'eau de la barge en fonction des montées des eaux.
14. Une barge selon la revendication 13 dans laquelle la barge comprend un flotteur
habitable de grandes dimensions qui comporte seize compartiments destinés à l'ancrage, quatre compartiments étant situés sous six bras reprenant les efforts concentrés aux extrémités de digues.
15. La barge selon la revendication 14 dans laquelle chaque compartiment comporte une structure permettant d'assembler des tubes de liaison à fixer à l'intérieur de tubes de piles assurant la liaison entre la barge et les piles implantées sous le niveau du fond de la barge.
16. La barge selon la revendication 1 3 dans laquelle le dispositif de montage permet de monter et descendre des tubes manchons et les déplacer horizontalement pour les ajuster avec l'implantation des piles.
17. Un procédé de construction d'une barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 6 caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de construction d'un flotteur de grandes dimensions en structure mixte acier-béton, consistant:
- à réaliser dans une usine des éléments préfabriqués pour le flotteur, chaque élément étant décomposé en plusieurs tronçons préfabriqués, dont les dimensions sont choisies en fonction du type de transport utilisé entre l'usine et un yard d'assemblage, et où chaque élément préfabriqué à venir en contact direct avec l'eau de mer est constitué d'une structure mixte acier-béton ; et
- à assembler les éléments préfabriqués par joints de chantier.
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| Reid | Blue Future |
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