Effect of Horizontal Oblique Ground Movements on Buried Steel Pipes in Dense Sand

RÉSUMÉ: Les canalisations enterrées sont utilisées pour transporter l'eau, les eaux usées et l'énergie depuis l'aube de la civilisation moderne. Elles traversent souvent des zones sensibles aux mouvements du sol et peuvent subir des contraintes excessives sur les parois dues aux charges dues aux mouvements du sol. Par conséquent, la compréhension des charges exercées lors des mouvements du sol est essentielle à la conception et à l'évaluation des canalisations. Les charges exercées sur les canalisations par les mouvements du sol sont généralement étudiées sous forme de forces de réaction en tirant une canalisation à travers un sol statique afin d'appliquer des déplacements relatifs sol-canalisation. La plupart des études disponibles ont étudié les réactions du sol lors de mouvements verticaux ascendants, horizontaux-latéraux, longitudinaux-axiaux et verticaux. Les recherches actuelles portent sur les forces exercées sur les canalisations soumises à des mouvements obliques horizontaux. Un tuyau est enterré horizontalement dans un caisson mobile, l'axe du tuyau étant incliné dans le sens inverse du mouvement du caisson. Les forces exercées sur le tuyau sont ensuite mesurées lors du déplacement du caisson, simulant ainsi un mouvement oblique horizontal du sol. Ainsi, les forces exercées sur le tuyau sont mesurées lors des essais, et non les réactions du sol lors du déplacement d'un tuyau dans un sol statique. Les résultats de trois essais avec un tuyau en acier de 60,3 mm de diamètre sont présentés. Le tuyau était positionné horizontalement à des angles obliques de 60°, 70° et 80° (angle entre l'axe du tuyau et le sens du mouvement du sol). Les sols de remblai sont disposés en couches, chaque couche étant compactée à l'aide d'une plaque vibrante pour atteindre la densité de sol souhaitée. Les effets du mouvement oblique du sol sont étudiés en mesurant les forces, les déplacements à mi-portée du tuyau et les déformations longitudinales. Les résultats indiquent que les forces exercées sur le sol lors d'un mouvement oblique peuvent varier en fonction de l'inclinaison de l'axe du tuyau. Les données de déformation longitudinale impliquent que le côté passif du tuyau est soumis à une tension, tandis que le côté actif est en compression, confirmant la flexion du segment de tuyau.

ABSTRACT: Buried pipelines have been used to transport water, wastewater, and energy since the beginning of modern civilization. The pipelines often cross areas susceptible to ground movement and may experience excessive wall strains due to loads from moving ground. Therefore, understanding the loads during ground movements is pivotal for designing and assessing the pipelines. Pipe loads due to ground movement are generally investigated as the reaction forces by pulling a pipe through a static ground to apply relative soil-pipe displacements. Most available studies investigated soil reactions during vertical-uplift, horizontal-lateral, longitudinal-axial, and vertical-bearing movements. The current research examines ground forces on pipes subject to horizontal oblique ground motion. A pipe is buried horizontally in a moveable soil box with the pipe axis inclined against the direction of the box movement. The forces on the pipe are then measured as the box moves, simulating horizontally oblique ground movement. Thus, ground forces on the pipe are measured during the tests instead of soil reactions for moving a pipe through static soil. The results of three tests with a steel pipe of 60.3 mm diameter are presented. The pipe was positioned horizontally at 60, 70 and 80 oblique angles (the angle between the pipe axis and the ground moving direction). The backfill soils are placed in layers, with each layer compacted using a vibratory plate compactor to achieve the targeted soil density. The effects of oblique soil movement are examined by measuring the forces, mid-span displacements of the pipe, and longitudinal strains. The findings indicate that the soil forces during oblique soil movement may vary with the inclination of the pipe axis. The longitudinal strain data implies that the passive side of the pipe is subjected to tension, whereas the active side is in compression, confirming the bending of the pipe segment.