Behaviour of TDA Backfilled Integral Abutments

Alper Turan, Jason Weck, M. Hesham El Naggar

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Foundations III

ABSTRACT: The expansion joints used in conventional bridge abutments to accommodate thermal cycles caused by seasonal temperature changes may result in substantial post-construction maintenance cost. Thus, transportation agencies prioritized the use of jointless bridges, such as integral and semi-integral abutments to reduce the life-cycle cost of bridges. However, despite the widespread use of integral and semi-integral abutments in North America and internationally, their design process suffers from uncertainties arising from the changes observed in properties of backfill material caused by thermal cycling. Two important consequences of seasonal cyclic movement of integral abutments are typically observed: the cyclic build-up of lateral earth pressures on the abutment wall; and the settlement of backfill material immediately behind the abutment. Recent studies have characterized tire derived aggregate (TDA) and highlighted several special properties that can be advantageous in integral and semi-integral abutments applications as backfill material. For example, TDA is compressible, light weight, has high permeability and low thermal conductivity. This paper presents the results of numerical study performed to investigate the possible use of TDA to address some performance challenges of integral abutments. A series of numerical analyses was conducted using the finite element software PLAXIS to investigate the lateral pressures exerted on the integral abutment walls backfilled using conventional granular fill and with TDA. Subsequently, the improvements gained by the TDA inclusion are discussed. The preliminary results presented in this study are considered to be of interest to the bridge engineering community.

RÉSUMÉ: Les joints de dilatation utilisés dans les culées du pont classiques pour tenir compte des cycles thermiques causées par les variations saisonnières de température ont été vus se traduire par des coûts importants de maintenance post-construction. Ainsi, les organismes de transport en priorité l'utilisation de ponts sans joints, tels que culées intégrées et semi-intégral de réduire le coût du cycle de vie des ponts. Cependant, en dépit de l'utilisation répandue des culées intégrées et semi-intégrale en Amérique du Nord et à l'étranger avec de légères variations, les incertitudes importantes existent dans le processus de conception en raison des incertitudes découlant des changements observés dans les propriétés du matériau remblai causé par cyclage thermique. Deux conséquences importantes de mouvement cyclique saisonnière des culées intégrées sont généralement observées, le cyclique accumulation de pressions latérales des terres sur le mur d'appui et le règlement de la matière remblai immédiatement derrière le pilier. Les études récentes ont mis en évidence plusieurs propriétés particulières du pneu agrégat dérivé (TDA) qui peuvent être utilisés dans des applications de génie civil pour résoudre divers défis techniques. Par exemple, TDA est compressible, léger, a une perméabilité élevée et une faible conductivité thermique. Cet article présente les résultats d'une étude numérique réalisée pour étudier l'utilisation possible du pneu agrégat dérivé (TDA) pour relever certains défis de performance des culées intégrées. Une série d'analyses numériques ont été effectuées à l'aide du logiciel PLAXIS par éléments finis pour étudier les pressions latérales exercées sur les murs de culée intégrales remblayées remblai granulaire conventionnel et avec TDA. Par la suite, les améliorations obtenues par l'inclusion TDA ont été discutés. Les résultats préliminaires présentés dans cette étude sont considérés comme d'intérêt pour la communauté des ingénieurs des ponts.

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