Assessment of frost heave modelling of cold gas pipelines

Gerry Piercey, Nickolay Volkov, Ryan Phillips, Arash Zakeri

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Climate Change & GeoHazards

ABSTRACT: The design of chilled gas pipelines passing from the Arctic to Canada and the United States through talik zones has resulted in a considerable number of studies to better understand the frost heave mechanisms. This paper discusses reduced scale frost heave tests that have been carried out in a geotechnical centrifuge to simulate 2D frost heave of a buried pipeline. Further, it compares the results to full-scale tests and examines a possible mitigative technique based on a recent centrifuge test with accompanying data analysis techniques. Centrifuge testing allows for measuring and monitoring of a broad range of parameters such as temperature, displacements and pore pressures. Other measurements carried out include soil water contents and post test CAT scans showing the frost bulb. Details of the tests including the setup, procedures and the range of data interpretation that can be carried out are discussed. Centrifuge data has been compared to and shows consistency to semi-analytical methods. Recent centrifuge data analysis has shown the method™s ability to quantify both the in-situ and segregational heave components of the process. Further analysis of the type of data produced from these tests combined with such semi-analytical methods will increase the overall understanding of frost heave and development of mitigative measures.

RÉSUMÉ: La conception de pipelines traversant le talik pour acheminer du gaz réfrigéré de l'Arctique vers le Canada et les États-Unis a généré un grand nombre d'études visant à mieux comprendre les mécanismes de soulèvements dus au gel. Cet article présente des modélisations à échelle réduite de soulèvement par le gel entreprissent dans une centrifugeuse géotechnique avec pour but de simuler en 2 dimension le soulèvement d™un gazoduc enterré. L™article inclus une comparaison entre un essai à vraie grandeur, une discussion de techniques d™essais pour des mesures d™atténuations et les résultats d™un essai récent avec une description des techniques d™analyse de données. La modélisation en centrifugeuse a démontré le potentiel de mesurer des températures, des déplacements, la pression des pores, le contenu de l™eau dans le sol et des tomodensitogrammes a posteriori. Une description des essais, des procédures et les possibilités d™analyses de données sont incluses dans l™article. Les données de la centrifugeuse sont convergentes avec les méthodes semi-analytiques. Les données de centrifugeuses les plus récentes démontrent la capacité de quantifier la composante du traitement in-situ et celle du rejet horizontal. Des analyses plus approfondies de ce genre d™essai combiné avec de telles méthodes semi-analytiques démontrent le potentiel d™accroître la compréhension du soulèvement par le gel et aideront au développement de mesures préventives.

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