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Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offs

Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version 1.0 - 31 juillet 2018 Page 1 Groupe de Travail « Fondations d’éoliennes offshore » Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version 1.0 - 31 juillet 2018 Page 2 SOMMAIRE SOMMAIRE ............................................................................................................................................ 2 LISTE DES ABREVIATIONS .............................................................................................................. 8 LISTE DES SYMBOLES ..................................................................................................................... 12 NOTATIONS LATINES ...................................................................................................................... 12 NOTATIONS GRECQUES ................................................................................................................. 19 GROUPE DE TRAVAIL « FONDATIONS D’EOLIENNES OFFSHORE » ................................ 21 AVANT PROPOS ................................................................................................................................. 23 1. INTRODUCTION ....................................................................................................................... 24 OBJECTIFS ET DOMAINES D’APPLICATION ................................................................................... 24 DEFINITION ET ROLE DU GEOTECHNICIEN ................................................................................... 25 TYPES DE STRUCTURE SUPPORT .................................................................................................. 26 Types de sous-structures ..................................................................................................... 27 Types de fondations ............................................................................................................. 27 2. REFERENTIEL .......................................................................................................................... 28 NORMES...................................................................................................................................... 28 RECOMMANDATIONS PROFESSIONNELLES ................................................................................... 29 AUTRES DOCUMENTS TECHNIQUES ............................................................................................. 29 3. CONDITIONS DE SITES .......................................................................................................... 31 INTRODUCTION ........................................................................................................................... 31 CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES ........................................................................................... 31 Conditions de vent ............................................................................................................... 31 Conditions marines ............................................................................................................. 32 Autres conditions................................................................................................................. 32 CONDITIONS DE SOL .................................................................................................................... 33 Caractérisation ................................................................................................................... 33 Instabilité du fond marin ..................................................................................................... 34 Affouillement et mobilité des sédiments .............................................................................. 34 Autres aléas dus aux sols .................................................................................................... 34 BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................................................... 35 4. CHARGES ET CAS DE CHARGES ........................................................................................ 36 DEFINITION DES TYPES DE CHARGES ........................................................................................... 36 Charges permanentes G ...................................................................................................... 36 Charges d’exploitation Q .................................................................................................... 36 Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version 1.0 - 31 juillet 2018 Page 3 Charges variables et d’environnement E ............................................................................ 36 Charges accidentelles A ...................................................................................................... 37 Charges sismiques S............................................................................................................ 37 Charges de déformation D .................................................................................................. 37 TRAITEMENT DES CHARGES CYCLIQUES ...................................................................................... 37 Caractérisation des chargements cycliques ........................................................................ 37 Prise en compte d’un chargement cyclique réel dans le dimensionnement ........................ 40 PRISE EN COMPTE DE L’EFFET DES CHARGES : INTERACTION SOL-STRUCTURE ............................ 42 Introduction ......................................................................................................................... 42 Modélisations ...................................................................................................................... 42 Calculs et simulations ......................................................................................................... 45 Boucles de calculs ............................................................................................................... 51 Regroupements .................................................................................................................... 52 BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................................................... 53 5. ETUDES DE TERRAINS .......................................................................................................... 54 INTRODUCTION ........................................................................................................................... 54 TERMES ET DEFINITIONS ............................................................................................................. 54 ELEMENTS A FOURNIR AU GEOTECHNICIEN ................................................................................. 56 OBJECTIFS DES ETUDES DE TERRAINS .......................................................................................... 57 Problématiques propres aux fondations d’éoliennes en mer .............................................. 58 Obtention des paramètres nécessaires au dimensionnement des fondations d’éoliennes en mer ............................................................................................................................................. 61 MODELE GEOLOGIQUE DE SITE.................................................................................................... 68 RECONNAISSANCES RECOMMANDEES ......................................................................................... 71 Phasage des études ............................................................................................................. 71 Etude sur documents existants ............................................................................................ 74 Reconnaissances préliminaires ........................................................................................... 76 Reconnaissances détaillées ................................................................................................. 80 Routes de câbles .................................................................................................................. 85 Sous-station ......................................................................................................................... 90 Mât météo ............................................................................................................................ 90 BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................................................... 92 6. PARAMETRES DE SOL ET PROFILS DE DIMENSIONNEMENT .................................. 93 INTRODUCTION ........................................................................................................................... 93 PRINCIPES DE DETERMINATION DES PROFILS DE PARAMETRES DE PROJET ................................... 93 Généralités .......................................................................................................................... 93 Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version 1.0 - 31 juillet 2018 Page 4 Synthèse des données de terrain et analyse critique ........................................................... 93 Etablissement du profil de sol ............................................................................................. 95 Valeurs caractéristiques ..................................................................................................... 97 Choix des valeurs de projet pour le dimensionnement ..................................................... 100 PARAMETRES USUELS ............................................................................................................... 102 Paramètres d’identification .............................................................................................. 102 Paramètres d’état .............................................................................................................. 102 Paramètres de résistance .................................................................................................. 103 Paramètres de compressibilité et de perméabilité ............................................................ 104 PARAMETRES DE DEFORMABILITE ............................................................................................. 104 Réponse non linéaire du sol .............................................................................................. 105 G à très faibles distorsions (G0 ou Gmax) .......................................................................... 107 Variation de G avec la distorsion ..................................................................................... 109 Amortissement ................................................................................................................... 111 Rigidité des massifs rocheux ............................................................................................. 113 PARAMETRES CYCLIQUES ......................................................................................................... 114 Notion de dégradation cyclique ........................................................................................ 114 Obtention des paramètres pour la détermination des lois de dégradation cyclique ........ 117 Diagrammes de résistance cyclique .................................................................................. 120 Courbes généralisées G(ϒ, Ip, σ, N) .................................................................................. 122 BIBLIOGRAPHIE ........................................................................................................................ 124 7. SOLLICITATIONS ET VERIFICATIONS .......................................................................... 126 PRINCIPE DES VERIFICATIONS ................................................................................................... 126 Définitions des états limites .............................................................................................. 126 Principe des vérifications par la méthode des facteurs partiels ....................................... 127 SOLLICITATIONS DE CALCUL ..................................................................................................... 128 Charges environnementales .............................................................................................. 128 Charges non environnementales ....................................................................................... 130 VERIFICATIONS ......................................................................................................................... 131 Vérifications usuelles sous charges quasi-statiques ......................................................... 131 Vérifications sous charges cycliques ................................................................................ 132 Facteurs partiels de résistance et de matériau ................................................................. 132 BIBLIOGRAPHIE ........................................................................................................................ 134 8. FONDATIONS SUR MONOPIEUX ....................................................................................... 135 GENERALITES ........................................................................................................................... 135 CRITERES DE DIMENSIONNEMENT ............................................................................................. 136 Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version 1.0 - 31 juillet 2018 Page 5 COMPORTEMENT GLOBAL D’UN MONOPIEU .............................................................................. 137 COMPORTEMENT SOUS CHARGEMENT AXIAL ............................................................................ 140 Capacité axiale ................................................................................................................. 140 Comportement en déplacement axial ................................................................................ 142 COMPORTEMENT SOUS CHARGEMENT TRANSVERSAL ............................................................... 142 Composantes de la réaction du sol sous chargement transversal .................................... 142 Courbes p-y usuelles (pour pieux) .................................................................................... 144 Courbes p-y adaptées aux monopieux (comportement rigide) ......................................... 147 Courbes TB-y ..................................................................................................................... 149 Résistance transversale ultime .......................................................................................... 150 COMPORTEMENT SOUS CHARGEMENT COMBINE ....................................................................... 151 Interaction capacité axiale / résistance en torsion ........................................................... 151 Interaction capacité axiale/ résistance transversale ........................................................ 151 COMPORTEMENT SOUS CHARGEMENTS CYCLIQUES ................................................................... 152 VERIFICATIONS ......................................................................................................................... 155 Principes des vérifications ................................................................................................ 155 Facteurs partiels ............................................................................................................... 156 Valeurs de projet ............................................................................................................... 156 Vérifications ELF (ou analyse dynamique) ...................................................................... 156 Vérifications ELU ............................................................................................................. 157 Vérifications ELS .............................................................................................................. 158 INSTALLATION .......................................................................................................................... 158 BIBLIOGRAPHIE ..................................................................................................................... 163 9. FONDATIONS SUR PIEUX.................................................................................................... 166 GENERALITES ........................................................................................................................... 166 PRINCIPES ET CRITERES DE DIMENSIONNEMENT ........................................................................ 169 PIEUX METALLIQUES BATTUS ................................................................................................... 170 Comportement sous chargement axial .............................................................................. 173 Vérifications sous chargement axial ................................................................................. 181 Comportement sous chargement transversal .................................................................... 183 Vérifications sous chargement transversal ....................................................................... 189 PIEUX FORES ............................................................................................................................. 189 Généralités ........................................................................................................................ 189 Comportement sous chargement axial .............................................................................. 192 Vérifications sous chargement axial ................................................................................. 201 Comportement sous chargement transversal .................................................................... 203 Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version 1.0 - 31 juillet 2018 Page 6 Vérifications sous chargement transversal ....................................................................... 207 GROUPES DE PIEUX ................................................................................................................... 208 ANALYSE DYNAMIQUE .............................................................................................................. 208 INSTALLATION .......................................................................................................................... 209 Planchers de stabilité ........................................................................................................ 209 Prédictions de battage ...................................................................................................... 209 Forage ............................................................................................................................... 215 BIBLIOGRAPHIE ........................................................................................................................ 216 10. DIMENSIONNEMENT DES FONDATIONS GRAVITAIRES .......................................... 219 GENERALITES ........................................................................................................................ 219 Définition d’une fondation gravitaire ............................................................................ 219 Critères de dimensionnement ........................................................................................ 219 Cas de charge à analyser pour le dimensionnement géotechnique ............................... 220 Notion de surface effective ............................................................................................. 221 Idéalisation de la géométrie de la fondation ................................................................. 223 FACTEURS PARTIELS DE MATERIAUX ..................................................................................... 223 VERIFICATIONS ELU ............................................................................................................. 223 Conditions de drainage du sol ....................................................................................... 224 Stabilité ELU : glissement ............................................................................................. 224 Stabilité ELU : portance ................................................................................................ 226 Cas particulier des fondations annulaires ou autres géométries complexes ................ 226 Stabilité ELU : prise en compte des effets du chargement cyclique .............................. 227 Vérification au renversement ......................................................................................... 232 Effet du phasage des travaux sur les caractéristiques de sol ........................................ 233 VERIFICATIONS ELS.............................................................................................................. 233 SURFACE COMPRIMEE MINIMALE ........................................................................................... 234 MODELISATIONS POUR ANALYSES DYNAMIQUES ................................................................... 235 Généralités et solutions analytiques usuelles ................................................................ 235 Effets du décollement de la semelle ............................................................................... 236 Effets de non-linéarité de la réponse du sol et amortissement hystérétique.................. 238 Effet fréquentiel sur l’amortissement radiatif ................................................................ 239 REACTIONS DU SOL AGISSANT SUR LA STRUCTURE ................................................................ 240 Distribution des contraintes verticales .......................................................................... 240 Autres considérations .................................................................................................... 240 Résistance à la pénétration des jupes ............................................................................ 240 INSTALLATION ....................................................................................................................... 241 Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version 1.0 - 31 juillet 2018 Page 7 DEMANTELEMENT ................................................................................................................. 242 PREPARATION DE TERRAIN ET TRAITEMENT DE CONTACT .................................................. 242 BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................. 243 11. AFFOUILLEMENT ET MOBILITE SEDIMENTAIRE ..................................................... 245 GENERALITES ........................................................................................................................ 245 MOBILITE SEDIMENTAIRE ...................................................................................................... 245 AFFOUILLEMENT GENERALISE ET AFFOUILLEMENT LOCAL .................................................... 245 INTERACTIONS SOL – FLUIDE – STRUCTURE ........................................................................... 246 PREDICTION DE L’AFFOUILLEMENT ....................................................................................... 247 CONSEQUENCES DE L’AFFOUILLEMENT ................................................................................. 249 GESTION DU RISQUE .............................................................................................................. 249 MESURES DE PROTECTION ..................................................................................................... 250 CAS PARTICULIER DES PIEUX ................................................................................................. 250 CAS PARTICULIER DES MONOPIEUX .................................................................................... 251 CAS DES EMBASES GRAVITAIRES ........................................................................................ 252 BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................ 254 ANNEXE A TABLEAU DES CHARGES ........................................................................................ 255 ANNEXE B EMBASES ANNULAIRES........................................................................................... 259 ANNEXE C EXEMPLE DE MODELISATION D’UNE FONDATION GRAVITAIRE PAR ELEMENTS FINIS ............................................................................................................................. 268 Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version 1.0 - 31 juillet 2018 Page 8 LISTE DES ABREVIATIONS API : American Petroleum Institute ARGEMA : Association de Recherche en GEotechnique MArine ASTM : American Society for Testing Materials BE : Meilleure estimation (Best Estimate) BRGM : Bureau des Recherches Géologiques et Minières BS : British Standards BSH : Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie CAU : Essai triaxial avec consolidation anisotrope et cisaillement non drainé CAD : Essai triaxial avec consolidation anisotrope et cisaillement drainé CAUC : Essai triaxial avec consolidation anisotrope et cisaillement non drainé en compression CAUE : Essai triaxial avec consolidation anisotrope et cisaillement non drainé en extension CE : Estimation prudente (Conservative Estimate) CEI : Commission Electrotechnique Internationale CFMS: Comité Français de Mécanique des Sols et de géotechnique CK0U : Essai triaxial avec consolidation anisotrope (sous K0) et cisaillement non drainé CK0D : Essai triaxial avec consolidation anisotrope (sous K0) et cisaillement drainé CID : Essai triaxial avec consolidation isotrope et cisaillement drainé CIRIA : Construction Industry Research and Information Association CIU : Essai triaxial avec consolidation isotrope et cisaillement non drainé CLAROM : Club pour Les Actions de Recherche sur les Ouvrages en Mer CNL : Essais à la boîte de cisaillement à contrainte normale imposée Recommandations pour la conception et le calcul des fondations d’éoliennes offshore Version uploads/Ingenierie_Lourd/ cfms-eoliennes-offshore-aout2018.pdf