Abstract :
[en] Nowadays, the ongoing electricity demand along with environmental concerns and the search for energy autonomy have been setting the basis for a global development of renewable energies. Among these sources, offshore wind power shows an attractive potential. With the increasing number of wind farms put in place further away from the coastline and in deeper waters, innovative foundation systems are required to guarantee the economic viability of offshore projects. In this context, suction caissons emerge as a suitable and cost-effective solution, and are therefore extensively studied to come up with optimised design strategies. This thesis investigates the behaviour of suction caissons in clay under a vertical tensile load that may arise from specific environmental conditions. The aim is to develop a simplified design method for this specific case. To achieve this target, a 2D numerical study of suction caissons is performed by using the finite element software LAGAMINE (developed at the University of Liège). Different configurations of the soil-foundation model are simulated in order to point out and analyse the key physical factors of the components that are involved in the extraction resistance. The most representative of these parameters are finally assembled to formulate and calibrate a mechanical model of the tensile capacity consisting of rheological elements (springs, sliders, dampers…).
[fr] Les besoins continus en électricité, couplés aux enjeux environnementaux et aux aspirations d’indépendance énergétique ont posé les jalons de l’expansion mondiale que connait actuellement le domaine des énergies renouvelables. Parmi celles-ci, l’énergie éolienne offshore présente un potentiel de développement énorme. Avec le nombre croissant de turbines installées toujours plus profondément et plus loin des côtes, des systèmes de fondation innovants deviennent indispensables pour assurer la pérennité économique des projets éoliens offshores. Dans ces conditions, les caissons à succion apparaissent comme une solution appropriée et rentable, ce qui accroit l’attrait porté à l’optimisation des méthodes de conception. Ce travail porte spécifiquement sur l’étude du comportement de ce type de fondations dans des sols argileux et sous charges de traction, imposées par les conditions environnementales. L’objectif est de développer une méthode de calcul simplifiée propre à ce cas d’étude. Pour y parvenir, une étude numérique en deux dimensions d’un caisson est réalisée à l’aide du logiciel éléments finis LAGAMINE (développé à l’Université de Liège). Différentes configurations du modèle sol - fondation sont simulées de manière à mettre en évidence et analyser les facteurs physiques des composants intervenant dans la résistance à la traction. Les paramètres les plus représentatifs sont ensuite combinés en vue de formuler et calibrer un modèle mécanique du comportement en traction à partir de divers éléments rhéologiques (ressorts, amortisseurs, dissipateurs...).
[nl] De behoeften voor elektriciteitsproductie samen met milieu uitdagingen en aspiraties van energie-onafhankelijkheid hebben tegenwoordig de wereldwijde uitbreiding van duurzame energiebronnen uitgestippeld. Onder deze bronnen, offshore windenergie heeft een enorm ontwikkelingspotentieel. Met het toenemende aantal windmolen, die steeds dieper en verder van de kust worden gebouwd, innovatieve funderingssystemen worden nu onmisbaar om de economische levensvatbaarheid van projecten op zee te waarborgen. In deze omstandigheden, maken zuigpalen een geschikte en rendabele optie uit, wat tot optimalisatie van ontwerpmethoden leidt. Dit rapport heeft ten doel deze funderingstechniek in kleigrond onder trekbelasting te onderzoeken. Het oogmerk is een eenvoudige methode te ontwikkelen voor de berekening van deze case studie. Om dit te bereiken, is een numerieke tweedimensionale analyse van een caisson gevoerd door middel van eindige elementen programma LAGAMINE (ontwikkeld aan de Universiteit van Luik). Verschillende configuraties van het grond - fundering model worden dan gesimuleerd om fysische factoren te benadrukken en te analyseren die in de treksterkte worden opgenomen. De meeste vertegenwoordigende parameters worden eindelijk geassembleerd zodat een mechanisch model van het trekgedrag bestaande uit reologische elementen (springveren, energie-verspreiders en dempers) geformuleerd en gekalibreerd kan worden.
