Generalized framework to predict undrained uplift capacity of buried offshore pipelines1: Fid-Bau Portal

Generalized framework to predict undrained uplift capacity of buried offshore pipelines1

Chatterjee, Santiram

Estimation of undrained uplift capacity is essential for the determination of optimal burial depth of buried offshore pipelines. However, a generalized prediction model that incorporates various factors influencing this capacity is scarce in the literature. In this paper, results from a series of small-strain finite element analyses are presented that explore the effects of pipe embedment, pipe–soil interface roughness, interface tensile capacity, soil shear strength, and unit weight on pipe uplift response. From the study, a simple method to predict the undrained upheaval resistance of buried pipelines for any practical range of pipeline and soil parameters is proposed. Factors associated with transition in failure mechanism with embedment are also examined. The numerical model is validated by comparing the results with available analytical and experimental data. Large-deformation finite element analyses have also been performed independently for a few cases to justify the applicability of small-strain methods in modelling pipe upheaval. Accuracy of the model for generalized shear strength profile is then examined by considering practical values of parameters over broad ranges. The proposed methodology gives results with maximum error less than 8% for all ranges of parameters and hence can be adopted in design practices.

L’estimation de la capacité de soulèvement non drainée est essentielle pour la détermination de la profondeur d’enfouissement optimale des pipelines en mer enterrés. Cependant, un modèle de prédiction généralisée qui intègre divers facteurs qui influencent cette capacité est rare dans la littérature. Dans cet article, les résultats d’une série d’analyses par éléments finis d’une petite déformation sont présentés qui explorent les effets d’enrobage du tuyau, la rugosité d’interface de tuyau-sol, la capacité de traction de l’interface, la résistance au cisaillement du sol et le poids de l’unité sur la réponse au soulèvement de tuyau. De l’étude, une méthode simple pour prédire la résistance de surrection non drainée de pipelines enterrées pour toute portée pratique des paramètres de pipeline et de sol est proposée. Les facteurs associés à la transition dans le mécanisme de rupture avec enrobage sont également examinés. Le modèle numérique est validé en comparant les résultats avec les données analytiques et expérimentales disponibles. Des analyses par éléments finis de grande déformation ont également été réalisées indépendamment pour quelques cas afin de justifier l’applicabilité de petites méthodes de contrainte dans la modélisation de surrection de tuyau. La précision du modèle pour généraliser le profil de résistance au cisaillement est ensuite examiné en tenant compte des valeurs pratiques des paramètres à travers plus larges gammes. La méthodologie proposée donne des résultats avec une erreur maximale inférieure à 8 % pour toutes les gammes de paramètres et peut donc être adoptée dans les pratiques de conception. [Traduit par la Rédaction]