Probabilistic Analysis of Frost Depth and Adfreeze Stress for Pile Design

Gennaro Esposito, Niya Tewfik

In the proceedings of: GeoOttawa 2017: 70th Canadian Geotechnical Conference; 12th joint with IAH-CNC

Session: Reliability and Risk I

ABSTRACT: In Western Canada, small structures used for well pads and oil and gas processing facilities are usually supported by steel pipe piles. Despite the modest vertical loads, often pile lengths in excess of 8-9 m are selected to resist the uplift force caused by adfreeze stress. We reviewed available geotechnical information from previous soil investigation, climatic data, and literature concerning the variability of the adfreeze stress and developed a probabilistic subsurface model to estimate the variability of frost depth and adfreeze stress in Fox Creek AB. The distributions of subsurface and climatic conditions were randomized within a Monte Carlo (MC) framework which allowed calculating the distribution of maximum frost depth, maximum adfreeze stress, and pile resistance within the unfrozen portion of the subsurface. After selecting a return period adequate for the level of risk, pile resistance design parameters were finally obtained. The results of the study show that an embedment depth between 5 and 6 m is sufficient to resist frost uplift when designing piles in the area. Résumé Dans l'Ouest canadien, les petites structures utilisées pour les installations de traitement du pétrole et du gaz sont généralement supportées par des pieux de tuyaux en acier. Malgré les modestes charges verticales, souvent des longueurs de poils supérieures à 8-9 m sont sélectionnées pour résister à la force de soulèvement provoquée par une contrainte d'adhérence. Nous avons examiné les informations géotechniques disponibles provenant des recherches antérieures sur le sol, des données climatiques et de la littérature concernant la variabilité du stress par l'avènement et développé un modèle de sous-sol probabiliste pour estimer la variabilité de la profondeur du gel et du stress de l'ado dans Fox Creek AB. Les distributions de la sous-surface et les conditions climatiques ont été randomisées dans un cadre de Monte Carlo (MC) qui a permis de calculer la répartition de la profondeur maximale de givre, le stress maximal de l'adhérence et la résistance de la pile dans la partie non gelée de la sous-surface. Après avoir sélectionné une période de retour adéquate pour le niveau de risque, les paramètres de conception de la résistance à la pile ont finalement été obtenus. Les résultats de l'étude montrent qu'une profondeur d'insertion comprise entre 5 et 6 m suffit pour résister à l'élévation du gel lors de la conception.

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