Pipe penetration in cohesive soil

Abstract

Penetration of a pipe into cohesive soil is an important consideration in offshore pipeline engineering, especially as such penetration affects on-bottom stability of the pipeline. If the soil is described as a perfectly plastic cohesive material then the calculation of the limit load at a given penetration reduces to a plane strain problem in plasticity theory. Upper and lower bound solutions to this penetration problem are presented. The maximum range between the bounds occurs at one radius penetration. The difference between the upper and lower bounds varies from about ten per cent for the rough pipe case to approximately 25% for the smooth pipe case. Parametric studies demonstrate the effect of embedment depth, pipe-soil adhesion, soil surface heave, and increasing soil strength on the vertical limit load. The solutions presented are shown to compare favorably with test data. La pénétration d'un conduit dans un sol cohérent représente un aspect important de la construction des pipelines au large, surtout parce qu'une telle pénétration affecte la stabilite du pipeline sur le fond de la mer. Si le sol est décrit comme étant une matiére coherente parfaitement plastique le calcul du chargement limite pour une pénétration donnée se réduit à un problème de déformation plane dans la théorie de la plasticité. L'article présente des solutions donnant des valeurs plus élevées et plus ré-duites pour ce problème de plasticité. L'écart maximum entre ces limites correspond à un pénétration d'un rayon. La différence entre les limites supérieures et inférieures varie d'entre environ 10% pour un conduit a surface lisse et environ 25% pour un conduit à surface rugueuse. Des études parame-triques démontrent I'effet exercé par la profondeur d'enrobage, I'adbesion du conduit au sol, le soulevément de la surface du sol et la résistance croissante du sol sur le chargement limite vertical. Les solutions présentees sont en trés bonne concordance avec les essais effectués.