Freezing pressures in ‘frost-free’ materials caused by cyclic water levels

During three winters of monitoring soil pressures at a steel frame bridge in western Maine, USA, it was surprisingly found that significant freezing pressures occurred behind the abutment in the ‘frost-free’ backfill material. The results of the monitoring for pressures behind the abutment showed a significant buildup from January to the end of March with peak lateral excess total pressures exceeding 50 kPa from freezing pressures. The monitoring results of the total pressures, temperatures, and water levels behind the abutment are reported for three years. The pressure buildup occurred only in the 1 to 2 m zone of daily water level fluctuation caused by releases from an upstream dam. Based on the monitoring results, recommendations are given to incorporate the effects of cyclic water levels under freezing conditions into the design of walls. Durant les trois hivers où nous avons suivi les pressions du sol sur le pont a encadrement d’acier dans l’ouest du Maine USA, il était surprenant de trouver que des significantes pressions des gelées accurent derrière les culées dans les “gel libre” matériaux. Les résultats de nos observations des pressions derrière les culées signifiant accumulation de janvier à la fin de Mars avec une pointe maximum de pression excédent 50 kPa de pression de gelée. Les résultats d’observation des pressions, temperatures et niveau des eaux derrière les culées sont reportés pour trois années. Les pressions accumulées occurent seulement dans une zone 1 à 2 m où les fluctuations journalières des eaux causées par les décharges du barrage en amont. En accord avec ces résultats observés recommendations sont données d’incorporer les effets cycliques du niveau des eaux dans les conditions de gelée dans le dessin des murs.