Response of buried steel pipelines subjected to relative axial soil movement

The performance of buried steel pipelines subjected to relative soil movements in the axial direction was investigated using full-scale pullout testing in a soil chamber. Measured axial soil loads from pullout testing of pipes buried in loose dry sand were comparable to those predicted using guidelines commonly used in practice. The peak values of axial pullout resistance observed on pipes buried in dense dry sand were several-fold (in excess of 2 times) higher than the predictions from guidelines; the observed high axial pullout resistance is primarily due to a significant increase in normal soil stresses on the pipelines, resulting from constrained dilation of dense sand during interface shear deformations. This reasoning was confirmed by direct measurement of soil stresses on pipes during full-scale testing and numerical modeling. The research findings herein suggest that the use of the coefficient of lateral earth pressure at-rest (K0) to compute axial soil loads, employing equations recommended in common guidelines, should be undertaken with caution for pipes buried in soils that are likely to experience significant shear-induced dilation. Key words: buried pipelines, pipe--soil interaction, dilation, soil loading on pipes, interface friction. La performance de tuyaux en acier enfouis soumis a des mouvements axiaux de sol a ete investiguee a l'aide d'essais d'arrachement des tuyaux a l'echelle reelle dans une boite de sol. Les charges axiales de sol mesurees dans les essais a l'echelle reelle effectues sur des tuyaux enfouis dans un sable sec non compacte etaient comparables a celles predites en utilisant les directives usuelles. Dans le cas d'un sable dense, le pic de resistance axiale observe sur les tuyaux enfouis etait de plusieurs fois plus eleve (plus de deux fois) que les predictions provenant des directives. Ceci est principalement du a une augmentation significative des contraintes normales globales du sol sur les tuyaux en raison de la dilatation en milieu restreint du sable dense durant les deformations en cisaillement des interfaces. Cette explication a ete confirmee par des mesures directes des contraintes du sol sur les tuyaux durant les essais a l'echelle reelle, en plus d'etre supportee par des modelisations numeriques. L'utilisation du coefficient de pression laterale des terres au repos ([K.sub.0]) pour representer les contraintes du sol sur les tuyaux lors des essais d'arrachement, tel que recommande par les directives usuelles, devrait etre faite avec precautions dans le cas de tuyaux enfouis dans des sols qui peuvent se dilater lors du cisaillement des interfaces. Mots-cles: tuyaux enfouis, interaction tuyau--sol, dilatation, chargement du sol sur les tuyaux, friction a l'interface. [Traduit par la Redaction]
Introduction Buried pipeline systems form a key part of global lifeline infrastructure and any significant disruption to the performance of these systems often translates into undesirable impacts on regional businesses, [...]