Finite element modeling of polyethylene pipe in dense sand subjected to lateral force

ABSTRACT: Over the years, different experimental and numerical studies were conducted to understand the soil-pipe interaction for pipelines encountering ground movements focusing on steel pipes. Limited experimental studies were also conducted to examine the response of polyethylene pipes exposed to axial and lateral ground movements. This research focuses on developing a numerical modeling technique to simulate the experiments conducted at the Memorial University of Newfoundland on lateral ground movement effects on medium-density polyethylene (MDPE) pipes. The study simulates the test results with a nonlinear three-dimensional finite element (FE) model by idealizing soil behavior with the conventional Mohr-Coulomb (MC) model and stress-dependent soil properties, such as modulus of elasticity, the internal friction angle, and the dilation angle. The geometric nonlinearity was considered to account for the large deformation effects due to the ground deformations. The proposed techniques successfully simulated the load-displacement responses and the pipe's axial strains measured during multiple tests.

RÉSUMÉ: Au fil des ans, différentes études expérimentales et numériques ont été menées pour comprendre l'interaction sol-conduite pour les pipelines rencontrant des mouvements de terrain en se concentrant sur les conduites en acier. Des études expérimentales limitées ont également été menées pour examiner la réponse des conduites en polyéthylène exposées aux mouvements axiaux et latéraux du sol. Cette recherche porte sur le développement d'une technique de modélisation numérique pour simuler les expériences menées à l'Université Memorial de Terre-Neuve sur les effets du mouvement latéral du sol sur les tuyaux en polyéthylène à densité moyenne (MDPE). L'étude simule les résultats des tests avec un modèle d'éléments finis (FE) tridimensionnel non linéaire en idéalisant le comportement du sol avec le modèle conventionnel de Mohr-Coulomb (MC) et les propriétés du sol dépendantes de la contrainte, telles que le module d'élasticité, l'angle de frottement interne, et l'angle de dilatation. La non-linéarité géométrique a été considérée pour tenir compte des grands effets de déformation dus aux déformations du sol. Les techniques proposées ont simulé avec succès les réponses charge-déplacement et les déformations axiales du tuyau mesurées au cours de plusieurs essais.