Thermal performance of trench backfills used for frost protection of water service lines.

This paper describes the thermal performance of different configurations of trenches using various trench geometries and backfill and insulation materials. A limited number of laboratory tests were conducted to confirm the thermal properties of the backfills reported in the literature. The frost protection of water service is measured in terms of the number of days it takes for the frost front to reach the depth of water service lines under sustained subzero surface temperatures. The study specifically included typical granular materials used within the City of Ottawa (formerly the Region of Ottawa-Carleton), but the findings can be equally applied to other urban areas in Canada where the surficial terrain is rocky. The thermal analyses of the trenches were conducted using the finite element method that appropriately represents phase changes when the temperature falls below the freezing point of water. The analyses indicate that the use of sandwich insulation is ineffective, and that latent heat of backfill and native soils has a great impact on the frost protection of water service lines. A list of possible trench depths with different backfills and their thermal performance is provided.Key words: backfill, thermal performance, frost penetration, water service, finite element analysis.Cet article décrit la performance thermique de différentes configurations de tranchées obtenues en variant les géométries et les matériaux de remblai et d'isolation. Un nombre limité d'essais de laboratoire a été réalisé pour confirmer les propriétés thermiques des remblais rapportées dans la littérature. La protection contre le gel des conduits d'eau est mesurée en fonction du nombre de jours requis pour que le front de gel atteigne la profondeur des lignes de service d'eau à des températures de surface se maintenant sous zéro. L'étude a inclu spécifiquement des matériaux granulaires typiquement utilisés dans la région de Ottawa-Carleton, mais les résultats peuvent être appliqués également à d'autres régions urbaines au Canada où le terrain est rocheux à la surface. Les analyses thermiques des tranchées ont été réalisées par la méthode d'éléments finis qui représente de façon appropriée les changements de phase lorsque la température tombe sous le point de congélation de l'eau. Les analyses indiquent que l'utilisation d'isolant en sandwich est inefficace et que la chaleur latente du remblai et des sols locaux a un impact important sur la protection contre le gel des lignes de service d'eau. On fournit une liste de profondeurs possibles de tranchées avec différents remblais, et on fournit leur performance thermique.Mots clés : remblai, performance thermique, pénétration du gel, services d'eau, analyse par éléments finis.[Traduit par la Rédaction] [ABSTRACT FROM AUTHOR]