Protocole expérimental

2.3.1.1.1 Installation des pieux

Une fois le massif de sol préparé (§2.2.1.2), les pieux sont installés dans le conteneur. Les pieux utilisés dans le domaine offshore sont souvent installés par battage mais, vus les moyens expérimentaux disponibles, la mise en place de pieux battus n’est pas envisageable en vol.

Deux méthodes d’installation ont été utilisées pour l’étude des pieux sous chargement monotone :

i. pieux foncés à 1×g sur toute leur fiche (400 mm). Ils s’apparentent à des pieux moulés ou forés;

ii. pieux pré-foncés à 1×g sur 300 ou 350 mm puis fonçage sur 50 à 100 mm à 100×g. Le fonçage à 100×g du pieu se rapproche des méthodes utilisées in-situ (pieu vériné).

Les pieux soumis à des chargements cycliques ont été foncés entièrement à 1×g.

Pour l’installation à 1×g, le vérin est positionné à 600 mm à la verticale du futur emplacement du pieu grâce à un empilement de bi-poutres (Figure 2-9). Le pieu est pincé dans le casque de fonçage lui- même fixé à une tige coulissant librement à l’intérieur du vérin. L’ensemble pieu-vérin-tige descend à une vitesse de 0.1 mm/s jusqu’à la profondeur souhaitée, en une ou deux phases selon les cas :

28 i. Le vérin appuie sur le casque et l’ensemble pieu-vérin-tige descend à une vitesse de 0.1 mm/s. Le pieu est alors foncé à 1×g sur une hauteur de 400, 350 ou 300 mm en fonction de type d’essais à réaliser.

ii. L’accélération augmente de 1×g à 100×g et le vérin est utilisé pour atteindre la fiche finale pour les pieux avec une fiche inférieure à 400 mm.

Figure 2-9. Représentation schématique du fonçage à 1×g

Le fonçage des pieux à 100×g est réalisé après la phase de pré-conditionnement du massif (§2.3.1.1.2). Le montage expérimental pour finir l’installation de la fondation correspond à celui de la phase de chargement. Cette phase de fonçage peut être considérée comme un essai de pieu isolé soumis à la compression avec une fiche égale à la hauteur de pré-fonçage atteinte à 1×g.

2.3.1.1.2 Phase de pré-conditionnement du massif

Avant le chargement des pieux, le massif de sable subit un processus de stabilisation en centrifugeuse. Ceci consiste à soumettre le massif à trois cycles de montée en g du massif, de 1×g à 100×g. Un cycle consiste en une montée en g du massif jusqu’à un palier maintenu pendant trois minutes avant de redescendre à 1×g.

Cette procédure optimise la stabilité du réarrangement des grains de sable soumis à l’accélération centrifuge et gomme les imperfections préparatoires éventuelles de la phase de pluviation.

Lors de cette phase, pour l’étude des pieux isolés, le pieu n’est pas solidarisé au dispositif de chargement, ce qui permet de quantifier, pendant la montée en accélération, par paliers de 10×g,

29 l’équivalent de la force générée par la masse de l’équipage mobile (1,33 kg à 1×g) qui assure la liaison entre le dispositif de chargement et le pieu fiché dans le sol. Cette information est donnée par le capteur de force F34 placé sous le vérin.

Après les trois cycles de montée en accélération, le pieu est définitivement solidarisé au dispositif de chargement.

Pendant la montée en g, les poutres fléchissent et le vérin appuie sur la tête du pieu : pour éviter l’application d’une force de compression, une correction est réalisée. Une force égale à celle mesurée pendant les cycles de pré-conditionnement est appliquée à travers le servo-vérin de façon à garder le pieu non-chargé : le Tableau 2-7 présente le chargement nécessaire à appliquer par palier de 10×g. Les efforts parasites au cours de la montée en accélération sont alors corrigés et l’on garantit une non- sollicitation du pieu (ou un minimum) avant d’appliquer le chargement lui-même. La phase de conditionnement est pratiquée pour chaque conteneur et la procédure de correction est conduite identiquement pour chaque essai de pieu isolé.

Tableau 2-7. Valeurs de correction d'effort pour chaque palier

Niveau de g Correction F34 [N] 1 0 10 -105,7 20 -223,5 30 -341,3 40 -456,1 50 -570,9 60 -688,7 70 -803,5 80 -918,3 90 -1039,0 100 -1154,0

Pendant la montée en g, un tassement différentiel du sol et de la fondation se produit. Cette différence de déplacement induit des frottements positifs et négatifs sur la surface d’interaction entre le fut et le sol qui sont en partie mesurés par le capteur installé en pointe du pieu (§2.2.2.1).

2.3.1.1.3 Chargement

Chargement monotone

Pour caractériser le comportement d’un pieu sous chargement axial cyclique, il est d’abord nécessaire d’étudier son comportement sous chargement axial monotone. La capacité portante du pieu en traction et en compression, 𝑅𝑅𝑝𝑝 et 𝑅𝑅𝑟𝑟 doit ainsi être déterminée.

30 Ces essais de chargement monotone sont pilotés en déplacement à une vitesse de 1 mm/s (échelle modèle). Il existe deux critères pour déterminer la fin de l’essai :

i. Critère de déplacement : le déplacement vertical du pieu atteint 10% du diamètre du pieu, ici 1,8 mm (échelle modèle) ;

ii. Rupture physique : jusqu’à la rupture physique du sol, exemple : départ du pieu en traction. Chargement cyclique

Le programme expérimental des pieux sous chargement cyclique est déterminé à partir des résultats obtenus lors des essais monotones.

Figure 2-10. Schéma du chargement axial cyclique

Pour exécuter les essais cycliques, le vérin hydraulique est asservi en force après la montée en g. Le principe d’un essai cyclique est donné par la Figure 2-10 où on distingue deux phases :

i. La première correspond à une rampe linéaire, pilotée en force jusqu’à atteindre la valeur moyenne cyclique 𝐷𝐷𝑑𝑑. La vitesse d’accroissement de la force est la même que celle utilisée lors des essais statiques (1 mm/s). Ce choix de vitesse est suffisamment faible pour ne pas induire d’effet dynamique sur le pieu ;

ii. Puis, une variation sinusoïdale de l’effort à une fréquence de 0,1 Hz est appliquée. L’effort cyclique oscille entre deux efforts, maximal 𝐷𝐷𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 et minimal 𝐷𝐷𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 qui définissent la demi- amplitude 𝐷𝐷𝑟𝑟𝑐𝑐𝑟𝑟.

La valeur moyenne du chargement cyclique 𝐷𝐷𝑑𝑑 et l’amplitude du cycle 𝐷𝐷𝑟𝑟𝑐𝑐𝑟𝑟 doivent être telles que la valeur de l’effort maximal et minimal (𝐷𝐷𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 et 𝐷𝐷𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑) ne dépassent pas la capacité à la compression et à la traction du pieu. Pour les essais cycliques, les critères d’arrêt d’un essai sont soit un critère de rupture physique, soit l’essai est arrêté au bout de 1500 cycles (critère conventionnel dit « 1500 »).

𝐷𝐷𝑑𝑑 𝐷𝐷𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐷𝐷𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑

Fo

rce

v

er

tic

al

e 𝐷𝐷

Temps

31

2.3.1.2 Structure jacket 2.3.1.2.1 Installation des pieux

La structure jacket est composée de quatre pieux reliés par une plateforme carrée, la distance entre eux est de 250 mm (échelle modèle).

Figure 2-11. Dispositif de fonçage des pieux de la structure jacket

Les quatre pieux sont foncés à 1×g simultanément grâce à la plateforme. La Figure 2-11 montre le montage utilisé pour l’installation. Le vérin est positionné à 600 mm à la verticale du futur emplacement des pieux grâce à un empilement de bi-poutres. Une pièce trapézoïdale (une pyramide tronquée) transmet les efforts entre la plateforme et le vérin. Pour assurer un fonçage uniforme des pieux la pièce trapézoïdale fait d’abord contact avec la plateforme, puis le vérin descend à une vitesse de 1mm/s sur 400 mm (totalité de la fiche).

Après l’installation des pieux, la structure en treillis est installée sur la plateforme et le montage expérimental présenté dans la section §2.2.5.1 est réalisé.

2.3.1.2.2 Phase de pré-conditionnement

Après le fonçage des pieux et l’installation de la structure en treillis (Figure 2-8), le massif de sol est stabilisé. Trois cycles de montée en g, de 1 à 100×g (par paliers de 10×g) sont appliqués comme décrit dans la section §2.3.1.1.2.

Lors de cette phase, la structure est solidarisée au dispositif de chargement, ce qui permet de réaliser le test directement après le troisième cycle de montée en g (sans arrêter la centrifugeuse). Pour la réalisation de cet essai, le dispositif de chargement est monté à l’horizontal. Par conséquent et pendant l’augmentation de l’accélération, aucun effort n’est transmis à la structure treillis par le

Vérin hydraulique Pièce trapézoïdale Plateforme

32 dispositif de chargement. A la différence des essais sur les pieux isolés, aucune correction n’est nécessaire sur le capteur F34.

Pendant la montée en g, le tassement des pieux de jacket est supérieur à celui des pieux isolés en raison du poids de la sous-structure.

2.3.1.2.3 Chargement

La structure jacket a été testée sous chargement cyclique latéral, caractérisé par les valeurs maximale et minimale du chargement cyclique 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 et 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 respectivement.

Figure 2-12.Schéma du chargement latéral cyclique

Pour réaliser les essais cycliques, le vérin hydraulique est asservi en force après la montée en g. Le principe d’un essai cyclique est donné par la Figure 2-12 où l’on distingue deux phases avec les mêmes caractéristiques que celles présentées dans la section §2.3.1.1.3 : d’abord une rampe pour

atteindre la valeur 𝐻𝐻𝑑𝑑 puis des cycles de chargement d’une demi-amplitude 𝐻𝐻𝑟𝑟𝑐𝑐𝑟𝑟 à une fréquence de

0,1 Hz.

La valeur moyenne du chargement cyclique 𝐻𝐻𝑑𝑑 et l’amplitude 𝐻𝐻𝑟𝑟𝑐𝑐𝑟𝑟 sont choisies en fonction de la valeur de l’effort cyclique axial 𝐷𝐷𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 et 𝐷𝐷𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 qui sera transmis aux pieux. Des cas de chargement appliqué sur des pieux isolés seront reproduits sur les pieux de la structure jacket. Le critère de rupture physique ou celui dit « 1500 » (cycles) sont considérés pour définir la fin de l’essai.

2.3.2 Exploitation des résultats