Análise numérica de dutos enterrados sujeitos a elevação e recalque localizado

Problems associated to longitudinal interactions in buried pipelines are characterized as three-dimensional and can lead to different soil-pipe issues. Despite the progress achieved in research on buried pipelines, little attention has been given to the three-dimensional nature of the problem throughout the last decades. Most of researches simplify the problem by considering it in plane strain condition. This dissertation aims to present a study on the behavior of buried pipelines under local settlement or elevation, using three-dimensional simulations. Finite element code Plaxis 3D was used for the simulations. Particular aspects of the numerical modeling were evaluated and parametric analyzes were performed, was investigated the effects of soil arching in three-dimensional form. The main variables investigated were as follows: relative density, displacement of the elevation or settlement zone, elevated zone size, height of soil cover and pipe diameter/thickness ratio. The simulations were performed in two stages. The first stage was involved the validation of the numerical analysis using the physical models put forward by Costa (2005). In the second stage, numerical analyzes of a full-scale pipeline subjected to a localized elevation were performed. The obtained results allowed a detailed evaluation of the redistribution of stresses in the soil mass and the deflections along the pipe. It was observed the reduction of stresses in the soil mass and pipe deflections when the height of soil cover was decreased on regions of the pipe subjected to elevation. It was also shown for the analyzed situation that longitudinal thrusts were higher than vi circumferential trusts and exceeded the allowable stresses and deflections. Furthermore, the benefits of minimizing stress with technical as the false trench, compressible cradle and a combination of both applied to the simulated pipeline were verified

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Os problemas relacionados às interações longitudinais em dutos enterrados se caracterizam como tridimensionais, podendo gerar inúmeras situações particulares no comportamento solo-duto. Em relação ao avanço nas pesquisas na área de dutos enterrados, ainda é pequena a atenção ao tema ao longo das últimas décadas, visto que a maioria dos trabalhos simplifica o problema analisado considerando-o em deformação plana. O presente trabalho tem como objetivo apresentar um estudo sobre o comportamento de dutos enterrados sujeitos a elevação ou recalque localizado, através de simulações numéricas em três dimensões. Como ferramenta numérica foi utilizado o aplicativo computacional Plaxis 3D, o qual utiliza o método dos elementos finitos. Foram avaliados aspectos específicos da modelagem numérica e realizadas análises paramétricas em que se investigaram os efeitos do arqueamento do solo de forma tridimensional. As principais variáveis investigadas foram: densidade relativa do solo, deslocamento da zona de elevação ou recalque, faixa da zona elevada, altura de recobrimento e a relação diâmetro/espessura do duto. As simulações foram realizadas em duas etapas distintas, sendo na primeira feita a validação das análises numéricas através dos modelos físicos de Costa (2005). Em seguida, foram realizadas análises numéricas de um oleoduto em um caso específico de obra, considerando o mesmo submetido à elevação localizada. Os resultados obtidos permitiram a validação do modelo numérico face aos resultados dos experimentos de Costa (2005), a iv avaliação detalhada da redistribuição das tensões no maciço e das deflexões ao longo do duto, bem como a avaliação do desenvolvimento do arqueamento no solo. Foi verificada a redução das tensões no maciço e nas deflexões no duto ao se diminuir a altura de recobrimento do duto nas regiões que possam deflagrar a elevação localizada. Também foi verificado que os esforços longitudinais foram superiores aos circunferenciais para situação analisada, inclusive ultrapassando as tensões e deflexões admissíveis. Além disso, foram observados os benefícios das técnicas de minimização das tensões como a falsa trincheira, berço compressível e a combinação de ambas aplicadas ao oleoduto simulado