Review of the Modified Berggren Equation for the Prediction of Frost Depth in Coarse-grained Soils and Design Air Freezing Indices

Andrew Peach

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: La prédiction de la profondeur de pénétration du gel est une considération importante pour de nombreux projets de construction. L'équation de Berggren modifiée (Aldrich et Paynter, 1953) est toujours l'une des méthodes les plus largement utilisées. Cependant, il existe une confusion dans la littérature concernant l’équation de Berggren modifiée et les équations / entrées de support, ce qui peut rendre l'utilisation de cette méthode difficile. Cet article présente une revue de l'équation de Berggren modifiée et les divers paramètres d'entrée nécessaires pour prédire la profondeur de pénétration du gel dans les sols à gros grains. Un examen et une évaluation détaillés de certaines des méthodes courantes d'estimation des indices de congélation de l'air de conception sont également présentés, y compris l'approche fournie dans le Canadian Foundation Engineering Manual (2006). Sur la base des résultats de l’évaluation qui a été réalisée pour 11 sites dans la provinces canadienne de Terre-Neuve-et-Labrador, les approches/hypothèses liées aux indices de gel de conception qui ont été proposées dans la littérature n’ont pas pu être validées, en partie à cause de la variabilité naturelle associé aux données météorologiques historiques. L’utilisation d’indices de congélation à l’air de conception inexacts peut entraîner une conception excessive et des coûts inutiles pour les clients et les propriétaires, où elle peut entraîner des défauts de conception, entraînant des coûts de réparation coûteux qui auraient autrement pu être évités. L’utilisation d’indices de conception basés sur des périodes de retour déterminées statistiquement est une bonne étape que les praticiens peuvent franchir pour améliorer les capacités de conception lorsqu’il s’agit de prédire la profondeur de pénétration du gel.

ABSTRACT: Predicting the depth of frost penetration is an important consideration for many construction projects and the modified Berggren equation (Aldrich and Paynter, 1953) is still one of the most widely used methods. However, there is confusion in the literature surrounding the modified Berggren equation and supporting equations/inputs, which can make using this method difficult. This paper provides a review of the modified Berggren equation and the various input parameters required for predicting the depth of frost penetration in coarse-grained soils. A detailed review and assessment of some of the common methods for estimating design air freezing indices are also presented, including the approach that is provided in the Canadian Foundation Engineering Manual (2006). Based on the results of the assessment that was completed for 11 sites in the Canadian province of Newfoundland and Labrador, the approaches/assumptions related to design freezing indices that have been proposed in the literature could not be validated, due in part to the natural variability associated with historical weather data. The use of inaccurate design air freezing indices can result in overdesign and unnecessary costs to clients and owners, or it could lead to design deficiencies, resulting in expensive repair costs that might have otherwise been avoided. Using design indices that are based on statistically determined return periods is a good step that practitioners can take towards improving design capabilities when it comes to predicting the depth of frost penetration.

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