Étude expérimentale de l’interaction entre les fonds marins et les pipelines flexibles soumis à la houle et aux courants

Experimental study of interaction between soil and flexible pipeline exposed to wave and current actions

¹ Laboratoire Géomatériaux département Génie civil et Bâtiment, URA 1652 École nationale des travaux publics de l’État rue Maurice-Audin 69518 Vaulx-en-Velin, France.
² Laboratoire Sols, Solides Structure de Grenoble UMR 5521 UJF-INPG -CNRS Domaine universitaire BP 53 38041 Grenoble Cedex 9, France.

Résumé

Les pipelines posés sur les fonds marins en position non recouverte sont dans le cas de mer peu profonde soumis à l’action hydrodynamique de la houle et des courants. Ces efforts hydrodynamiques qui tendent à mettre le pipeline en mouvement sont contrebalancés par la réaction du sol. En conséquence, l’étude de la stabilité de ces pipelines requiert une estimation réaliste des efforts en présence. Cet article fait état d’une étude expérimentale en laboratoire visant à quantifier et à analyser l’interaction sol-eau-pipeline sous les effets de la houle. Lors de ces essais, l’action de la houle et des courants sur le pipeline est simulée mécaniquement (modèle physique d’échelle 1). Les variations de grandeurs physiques telles que la hauteur d’enfoncement du pipeline, la résistance horizontale du sol, les pressions d’eau autour du pipeline sont enregistrées et analysées. Différentes natures de chargements du pipeline, par référence à celles rencontrées sur site, sont étudiées. Une méthode analytique d’estimation de la résistance horizontale du sol est proposée.

Abstract

Uncovered submarine pipelines resting on seabed are subject to hydrodynamic forces generated by wave and current actions. These forces, which tend to destabilize or move the pipe, are counterbalanced by the interaction of the pipe with the soil. To ensure the stability of these pipelines, their design requires a realistic estimation of these two external forces. In this context, a comprehensive research program has been carried out by Coflexip society and laboratoire Sols, Solides, Structures of Grenoble to investigate pipe-soil interaction. This paper presents the results of a series of full scale pipe-soil interaction tests which constitute the first part of this research program. These tests have been carried out with a testing apparatus in which hydrodynamic forces under real pipeline sections are applied by means of mechanical jacks. In these experiments, the pipeline was resting either on a clayey or a sandy soil. The testing parameters were the nature and density of the soil, the pipe diameter, the pipeline loading and the history of loading. An assessment of their relative Influence on both pipeline self burial and soil lateral resistance is presented. Based on the results of the experimental study, an analytical model is proposed for evaluating soil lateral resistance.