Estimation of deformations in soil-pipeline systems nearby unsupported trenches excavated in unsaturated soils

M Al-Khazaali

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: INFRASTRUCTURE - IV Pipelines & Tunnels

ABSTRACT: Energy piping systems are widely used in North America since it is cost-effective and safer compared to tanker trucks and rail cars. However, failure or rupture in pipelines can lead to not only loss of oil or gas which is expensive but also has an impact in certain scenarios leading to irreparable damages to the environment. One of the main reasons for the damages in embedded pipelines is associated with excavation or soil trenching within the proximity of pipelines. This is because soil trenching causes deformations in the soil surrounding pipelines and the relative displacement between the pipeline and the surrounding soil contribute to external stresses and strains on the pipelines. In the present study, numerical analysis was conducted using the commercial finite element software, SIGMA/W (GeoStudio 2012) to estimate displacement of pipelines due to soil trenching and its influence on the internal shear forces in the pipelines. The analyses were carried out for both saturated and unsaturated conditions extending the mechanics of unsaturated soils. The results highlight that shear forces developed in embedded pipelines in unsaturated soils due to soil trenching are greater compared to the saturated condition although soil trenching causes less deformations within the proximity of the embedded pipelines.

RÉSUMÉ: Les systèmes de canalisations d'énergie sont largement utilisés en Amérique du Nord car ils sont rentables et plus sûr que le transport par camions-citernes et wagons. Cependant, la rupture dans les conduites peut entraîner non seulement la perte de pétrole ou de gaz, ce qui est coûteux, mais aussi causer des dommages irréparables à l'environnement dans certains scénarios. L'une des principales sources de dommages dans les pipelines sous-terrains est associée à l'excavation de tranchées à proximité des tuyaux. En effet, l'excavation de tranchées dans le sol provoque des déformations dans les sols entourant les pipelines et le déplacement relatif entre la canalisation et le sol environnant contribuent à l'application de contraintes externes sur les conduites. Dans la présente étude, une analyse numérique a été réalisée à l'aide du logiciel commercial par éléments finis, SIGMA / W (GeoStudio 2012) pour estimer le déplacement des pipelines causé par l'excavation de tranchées dans sol et de son influence sur les forces de cisaillement internes dans les pipelines. Les analyses ont été effectuées pour des conditions de sol saturés et insaturés en appliquant la mécanique des sols non saturés. Les résultats mettent en évidence que les forces de cisaillement développées dans les pipelines sous-terrains sous l'effet d'excavation de tranchées est sont plus élevées dans les conditions de sol non saturés par rapport aux sols saturés, bien que les déformations près des pipelines soient inférieures.

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Cite this article:
M Al-Khazaali (2016) Estimation of deformations in soil-pipeline systems nearby unsupported trenches excavated in unsaturated soils in GEO2016. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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