Le forces de traction et contraintes subies par la conduite lors du retrait (pullback) en forage horizontal dirigé (HDD) Ils sont calculés en estimant la traction nécessaire pour introduire la conduite dans le forage, en tenant compte de la longueur, du diamètre, du poids immergé, de la flottabilité, du frottement avec le sol ou le fluide, de la géométrie du tracé, des rayons de courbure, de la pression extérieure, de la rigidité de la conduite et de la résistance admissible du matériau. L'objectif est de vérifier que la conduite peut être installée sans dépasser les contraintes admissibles, les déformations, l'ovalisation, les rayons minimaux ou les limites des joints et du revêtement.
Dans les projets de forage horizontal directionnel, Traversées d'infrastructures, traversées de rivières et de cours d'eau ou pour les conduites passant sous des installations existantes, le calcul du « pullback » doit être effectué avant de définir le diamètre, le matériau, le SDR/l'épaisseur, le rayon de courbure, les boues de forage, l'équipement de tir et la procédure d'installation.
Quelles forces agissent pendant le pullback ?
Pendant le retrait, la canalisation n'est pas uniquement soumise à une traction. Elle peut également être soumise à une flexion, à une pression extérieure, à des frottements, à des poussées locales et à des efforts sur les revêtements ou les joints.
| Effort | Cause principale | Ce qui est vérifié |
|---|---|---|
| Traction axiale | Tir de l'équipe HDD pour introduire le tuyau | Contrainte longitudinale admissible |
| Frottement | Contact avec le sondage, le sol, la boue ou les points d'appui | Force de traction totale |
| Poids immergé | Poids du tuyau corrigé en fonction de la flottabilité | Contact, frottement et stabilité |
| Flottabilité | Pression exercée par le fluide de forage sur le tubage | Réduction ou inversion du poids effectif |
| Flexion | Rayons d'entrée, de sortie et de courbe du tracé | Rayon minimal et tension combinée |
| Pression extérieure | Profondeur, boues, eaux souterraines ou sol | Ovalisation, flambage ou effondrement |
| Torsion ou rotation | Rotation indésirable pendant le glissement | Raccords, joints, soudures ou accessoires |
| Dommages au revêtement | Contact avec le sol, des graviers, des rochers ou des obstacles | Protection anticorrosion continue ou protection extérieure |
Principales variables du calcul
Pour estimer la force de traction, on analyse :
1. Longueur du croisement
Plus la longueur est grande, plus la surface de contact est importante et plus les frottements s'accumulent. La force de traction augmente généralement à mesure que le pullback progresse, en particulier sur les tronçons longs, courbes ou présentant un sondage irrégulier.
2. Diamètre et épaisseur du tuyau
Le diamètre détermine le poids, la flottabilité, la rigidité, la surface de contact et la pression extérieure. L'épaisseur, ou SDR, influe sur la résistance à la traction, la rigidité face à l'ovalisation et la capacité à supporter la pression externe.
3. Matériau des canalisations
Le calcul varie selon qu'il s'agit de PEHD, d'acier, de fonte, de PRV ou d'autres matériaux. Chacun d'entre eux présente des limites admissibles différentes en matière de traction, de flexion, d'ovalisation, de déformation, de fatigue, de température, de soudage ou de raccordement.
4. Poids immergé et flottabilité
Dans la technique HDD, la canalisation est introduite dans un forage rempli de boue ou de fluide. C'est pourquoi on calcule le poids réel de la conduite, en tenant compte de son poids propre, de son contenu si elle est remplie d'eau, de sa flottabilité extérieure et de la densité de la boue.
Le tuyau peut avoir tendance à flotter, à s'appuyer sur la clé du forage ou sur la génératrice inférieure, selon l'équilibre entre son poids et la poussée de flottabilité.
5. Frottement
Le frottement dépend du contact entre le tuyau et le puits, du coefficient de frottement, de la géométrie, de la boue, de la rugosité, de la courbure, du poids effectif et de la qualité du pré-élargissement. Un puits irrégulier, effondré ou insuffisamment nettoyé peut considérablement augmenter la force de traction réelle.
6. Géométrie et rayons de courbure
Le tracé HDD comprend des angles d'entrée et de sortie, un tronçon courbe et un tronçon horizontal. Les rayons doivent être compatibles avec le matériau de la canalisation, sa rigidité, son diamètre, le type de raccordement (soudure ou joint) et la déformation admissible.
7. Boues de forage
La boue influe sur la stabilité du forage, la lubrification, le transport des débris, le nettoyage et le frottement. Un mauvais nettoyage du forage ou une rhéologie inadaptée peut augmenter les forces de traction et le risque de colmatage.
Comment cela se calcule-t-il d'un point de vue conceptuel ?
Le calcul est généralement effectué par tronçons du tracé :
1. Tronçon d'entrée
On vérifie la traction nécessaire pour amorcer le traînage, franchir les appuis, les rouleaux, l'angle d'entrée et le contact initial avec le sondage.
2. Tronçon courbe
On calcule l'effet combiné de la traction, de la flexion et du frottement. Dans les virages, la surface de contact peut augmenter, et avec elle la force nécessaire.
3. Tronçon horizontal ou profond
On estime le frottement cumulé sur toute la longueur du croisement, en tenant compte du poids effectif et de la pression du fluide.
4. Tronçon de départ
On vérifie les efforts finaux, l'angle de sortie, le rayon, le contrôle de l'alignement et le risque de dommages au revêtement ou aux joints.
La force de traction totale est obtenue en additionnant les résistances de chaque tronçon et en appliquant des marges de sécurité pour tenir compte des incertitudes géotechniques, du frottement réel, du nettoyage du forage, des variations de boue et des imprévus.
Contraintes auxquelles la canalisation doit résister
La tuyauterie doit être contrôlée pour vérifier :
Contrainte de traction axiale
La traction maximale lors d'un pullback doit être inférieure à la contrainte admissible du matériau, en tenant compte de la température, de la durée de la charge, des soudures, des raccords, des accessoires et du coefficient de sécurité.
Contrainte combinée de traction et de flexion
Dans les courbes, le tuyau est soumis simultanément à une traction et à une flexion. Il convient de vérifier que cette combinaison ne dépasse pas la capacité admissible.
Ovalisation ou déformation
Pour les canalisations souples, telles que celles en PEHD, on vérifie que la déformation survenant lors de la pose et de l'exploitation est compatible avec le SDR, la pression extérieure, la profondeur et la portance du sol.
Flambage ou effondrement sous l'effet d'une pression extérieure
Si la canalisation est soumise à une pression externe due à la boue, aux eaux souterraines ou aux charges du sol, on vérifie sa résistance à l'affaissement, en particulier dans le cas de canalisations vides ou à faible rigidité.
Dégâts au niveau du revêtement
Dans le cas des canalisations métalliques ou protégées, on vérifie que les forces de traction, de flexion, de contact et de frottement n'endommagent pas le revêtement anticorrosion.
Capacité des joints et des raccords
Si la canalisation n'est pas soudée en continu, il convient de vérifier la résistance à la traction, la déviation angulaire, l'étanchéité et la sécurité des joints pendant le déplacement.
Mesures visant à réduire les forces de traction
Pour limiter les forces lors du pullback, on peut appliquer :
- Optimiser le tracé et les rayons de courbure.
- Augmenter le rayon d'entrée ou de sortie.
- Améliorer le nettoyage du forage.
- Réaliser les pré-élargissements appropriés.
- Contrôler la rhéologie et le débit des boues.
- Utiliser un lubrifiant compatible.
- Remplir partiellement le tuyau pour vérifier la flottabilité.
- Utiliser des rouleaux et des supports adaptés à la surface.
- Réduire les obstacles, les changements brusques ou les irrégularités.
- Contrôler la vitesse de retour.
- Éviter les arrêts prolongés.
- Vérifier la capacité de l'équipement de tir.
- Protéger les revêtements et les joints.
- Surveiller en continu la force réelle.
La coordination avec la l'assistance technique et l'ingénierie pour les chantiers sans tranchée permet de valider le tracé, l'équipement, la tuyauterie et la procédure avant le début des travaux.
Ce qui est contrôlé pendant l'exécution
Au cours du pullback, on observe :
- Force de traction instantanée et maximale.
- Vitesse d'entraînement.
- Longueur installée.
- Pression et débit des boues.
- Rhéologie du fluide.
- Volume de retour.
- Problèmes liés à un grippage ou à une augmentation du frottement.
- Arrêts et redémarrages.
- Comportement des rouleaux et des appuis.
- État du revêtement extérieur.
- Alignement en surface.
- Pression interne lorsque la conduite est pleine.
- Température ambiante et température du matériau, le cas échéant.
- Essais finaux d'étanchéité ou de pression.
Ces données permettent de comparer les calculs et la réalité, de détecter une friction anormale et de prendre des mesures avant que la capacité admissible de la canalisation ne soit dépassée.
Risques liés à un calcul insuffisant
Sous-estimer les forces de tir peut entraîner :
- Dépassement de la contrainte admissible.
- Allongement excessif.
- Dommages au niveau des soudures ou des joints.
- Ovalisation.
- Effondrement dû à une pression extérieure.
- Dégât au revêtement anticorrosion.
- Encombrement pendant le pullback.
- Rupture d'une canalisation.
- Perte d'étanchéité.
- Nécessité d'interrompre le sondage.
- Surcoûts et retards.
- Échec aux examens finaux.
Au niveau des passages sous les routes, les voies ferrées, les cours d'eau, les zones urbaines ou les zones écologiquement sensibles, ces risques peuvent avoir des répercussions sur les autorisations, la continuité du service et la sécurité de l'environnement.
Informations nécessaires à l'étude du projet
Pour calculer les forces de traction et les contraintes lors du pullback en HDD, il convient de fournir les données suivantes : longueur du tronçon, diamètre extérieur, épaisseur ou SDR, matériau de la canalisation, poids, rigidité, pression de service, pression extérieure, fluide intérieur pendant l'installation, tracé en plan et profil, angle d'entrée, l'angle de sortie, les rayons de courbure, la profondeur, les caractéristiques géotechniques, le niveau phréatique, le type de boue, la densité du fluide, la rhéologie, le diamètre du forage pilote, le diamètre de pré-élargissement, le coefficient de frottement estimé, équipement HDD, capacité de traction, méthode de nettoyage, rouleaux, appuis, type de raccordement, revêtement anticorrosion, limites admissibles du fabricant, critères d’acceptation et plan d’urgence.
Demander un analyse technique des forces de traction, des contraintes et de la faisabilité du « pullback » en forage horizontal dirigé (HDD) avant de finaliser le tracé, le diamètre, le matériau des canalisations ou le dossier d'appel d'offres.
Español 
English 
Français 