Fluid-rock interaction during late stages of the Alpine exhumation

Résumé de la thèseLa fracturation des roches au cours de phases compressives ou extensives est un souvent évoquée pour expliquer la circulation de fluide au sein des roches cristallines. Dans le cadre de cette thèse, la circulation des fluides lors de l'exhumation tardive des Alpes a été étudiée en utilisant deux approches différentes: analyses structurales de la déformation fragile d'une part et analyses géochimiques des roches et des minéraux (isotopes stables, datations U/Pb, thermochronologie (U-Th)/He) d'autre part. Cette approche combinée a permis de mieux comprendre l'interaction existante entre les fluides métamorphiques et les fluides météoriques, ainsi que leur interaction avec les roches encaissantes. Le travail a été effectué dans la zone Pennique du Valais suisse.La première partie était focalisée sur la déformation fragile, le but étant de définir les différents types de déformations existantes et de déterminer l'âge relatif des différentes familles de failles. Dans la région d'étude, quatre domaines ont été distingués. Chacun d'eux comportent deux types de structures fragiles, certaines sont minéralisées alors que d'autre non. Au sein de chaque domaine, la direction principale des structures minéralisées correspond à l'orientation des accidents tectoniques majeurs de la région (Aosta- Ranzola Line au Sud, Rhône Line au Nord et Simplon Fault Zone à l'Est), alors que les structures non- minéralisées montrent des orientations plus variables. Ainsi, le premier type de structure est interprété comme résultant d'une dislocation tectonique alors que le deuxième type de structure résulterait d'une dislocation gravitaire locale. Il n'est néanmoins pas possible de classer chronologiquement la formation de ces deux types de structure ni d'attribuer un âge relatif aux changements d'orientation des contraintes majeures.La deuxième étude a été effectuée dans la région de la zone de faille du Simplon. Dans cette zone, la composition isotopique des minéraux ayant cristallisé à l'intérieur des fractures tardives permet de distinguer différents types de circulation de fluide. Les valeurs δ180 du quartz de la roche encaissante ainsi que ceux des veines tardives du bloque inférieur de la faille sont comparables. Ces valeurs indiquent un rééquilibrage et un tamponnage isotopique des fluides tardifs au contact de la roche encaissante lors de la fracturation de cette dernière et de la cristallisation des veines tardives. La même situation est observée dans la partie nord du bloque supérieur ainsi que dans sa partie sud. Ceci n'est néanmoins pas le cas pour la partie centrale du bloque supérieur où les valeurs isotopiques des minéraux dans les veines tardives sont approximativement 3 %o plus basses (avec des valeurs extrêmes négatifs), indiquant une contribution d'eau météorique aux fluides circulant dans les veines. Ces données suggèrent qu'une infiltration d'eau météorique a pu avoir lieu dans le bloque supérieur, où la fracturation des roches est plus intensive car le déplacement relatif le long de la faille y fut plus important, et la température maximale du métamorphisme plus basse. La troisième contribution traite de la géo-thermochronologie de la zone de contact entre la klippe de la Dent Blanche et la nappe de Tsaté. De petits zircons euhédraux ont été trouvés dans un plan de faille minéralisé (parallèle à la Faille du Rhône, voir première partie de l'étude), riche en hématite et quartz, de la zone d'étude. Les analyses U/Pb donnent des âges radiométriques autour de 270 - 280 Ma aux zircons extraits de la minéralisation ainsi que ceux extraits de la roche encaissante, ce qui correspond à l'âge de la nappe de la Dent Blanche et non celui de la nappe du Tsaté qui est elle-même classiquement interprétée comme une ophiolite Jurassique de l'Océan Liguro-Piémontais. Ces données suggèrent que les zircons contenus dans la veine ont été hérités de la roche encaissante. Les résultats (U-Th)/He indiquent un âge de refroidissement différent pour la roche encaissante (25.5 ± 2.0 Ma) que celui de la minéralisation (17.7 ±1.4 Ma). Le thermomètre isotopique quartz-hématite indique une température d'équilibre, et donc de mise en place de la minéralisation, d'environ 170 °C, température très proche de la température de -180 °C de fermeture du zircon pour le système (U-Th)/He. Ceci suggère que l'âge de refroidissement des zircons de la minéralisation correspond aussi à l'âge de formation de la faille.Thesis abstractFluid circulation in fractured rocks is a common process in geology, and it is generally the consequence of faulting and fracturing during both tectonic compression and extension. This thesis is focused on fluid circulation during late stages of the Alpine exhumation. After a structural analysis of the late brittle deformation of the studied samples, several analytical methods (stable isotope investigations, U/Pb radiometric dating, (U-Th)/He thermochronology) have been applied to understand the interaction of metamorphic and meteoric fluids with one another as well as with the host rock. This thesis is articulated around three study directions. All studies were conducted in the Penninic Zone of the Valais, Switzerland. The first study deals with late, brittle deformation and focuses on the different deformation styles and on the relative age of the different families of fractures. In order to do this, late brittle structures observed in four different domains have been subdivided as a function of the existence (or not) and type of mineralization. Comparisons between mineralized and non-mineralized strike directions for all four domains show that mineralized structures follow the strike orientation of major tectonic movements indicated in the Penninic Zone of the Valais (Aosta-Ranzola Line to the S, Rhône Line to the Ν and Simplon Fault Zone to the E), whereas non-mineralized fractures have a more variable strike orientation. This difference could be interpreted as indicative of tectonic-related faulting (mineralized structures) vs. local, collapse-related faulting (non-mineralized fractures), but it is not strong enough to indicate a relative age of the late brittle structures, and/or a change in the orientation of the strain field in post-Miocene times. The second studied area is focused on the Simplon Fault Zone (SFZ). Stable isotope analyses of minerals filling these late fractures indicate that there are two different fluid circulation systems in the footwall and hanging wall of the SFZ. In the footwall, δ180 values of quartz from both the host rock and the late veins range from +10 %o to +12 %o. This is consistent with buffering of circulating fluids by the host rock during fracturing and vein precipitation. In the hanging wall, δΙ80 values for quartz crystals from the host rock and the late veins are similar in both the northern and southern parts of the detachment that are both affected by the same degree of metamorphism (greenschist to the Ν and amphibolite to the S). This is not the case in the central part of the SFZ, where there is a jump from amphibolite facies in the footwall to greenschist facies in the hanging wall. δ,80 values for quartz from the hanging wall late veins are approximately 3.0 %o lower (down to negative values in some cases) than the values observed in the footwall These data suggest that infiltration of meteoric water may have occurred in the most fractured parts of the hanging wall, where relative displacement on the SFZ was the greatest and the peak temperature lower. In the less fractured footwall the δ180 values reflect a host rock-buffered system.The third study is focused on geo-thermochronology at the contact between the Dent Blanche nappe and the Tsaté nappe where small, euhedral zircons were found in a hematite- and quartz-rich mineralization on a late normal fault plane parallel to the Rhône Line (see first part of the study). U/Pb analysis indicates that the zircons - both in the late mineralization and in the host rock - have absolute radiometric ages clustering around 270 - 280 Ma, which is the accepted age for intrusive rocks from the Austroalpine Dent Blanche units but not for the Tsaté nappe. The latter is classically interpreted as an ophiolitic remnant of the Jurassic Liguro-Piemontais Ocean. U/Pb analyses suggest that zircons in late mineralization are all inherited from the host rock; however, results of (U-Th)/He analyses indicate that cooling ages for the host rocks are different to the cooling ages for the zircons in late mineralization. Indeed, the calculated cooling age for the Arolla gneiss is 25.5 ± 2.0 Ma, whilst the cooling age for the associated mineralized fault plane is 17.7 ±1.4 Ma. Oxygen stable isotope fractionation between quartz and hematite in the same late mineralization corresponds to temperatures of about 170 °C. The proximity of the calculated emplacement temperature for the mineralization and the lower accepted closure temperature for zircon in the (U-Th)/He system (-180 °C) imply that the age of 17.7 ± 1.4 Ma can also be interpreted as the formation age of this late brittle fault.Résumé grand publicLa circulation des fluides dans les roches fracturées est typique de nombreux processus géologiques, et très souvent est la conséquence de la fracturation des roches. Cette thèse aborde la question de la circulation des fluides pendant les dernières phases du soulèvement des Alpes. Après une analyse structurale de la fracturation directement sur le terrain, plusieurs méthodes géochimiques ont été appliquées pour comprendre l'interaction entre les différents fluides circulants, et avec leur propre roche mère. L'étude, concentrée sur trois directions principales, a été conduite dans la zone Pennique du Valais suisse. La première partie traite de la déformation cassante dans le secteur cité. L'analyse détaillée des fractures a permis de les subdiviser en structures minéralisées et non-minéralisées, sur quatre domaines différents. La comparaison entre les directions des structures minéralisées et non-minéralisées a permis de montrer que les premières suivent l'orientation des accidents tectoniques majeurs de la région, alors que les structures non- minéralisées ont une orientation plus variable. Cette différence pourrait être interprétée comme indication d'une dislocation tectonique (structures minéralisées) contre une dislocation gravitaire locale (structures non-minéralisées), mais elle n'est pas assez forte pour indiquer un âge relatif des structures tardives et/ou un changement de l'orientation des contraintes après -20 Ma vers le présent.A partir de ces observations, la deuxième étude est concentrée dans la région de la faille du Simplon. Les analyses géochimiques sur les minéraux remplissant les structures tardives indiquent qu'il y a deux différents systèmes de circulation des fluides dans les deux parties (toit et mur) de la faille. Dans le mur, les valeurs isotopiques des minéraux cristallisés à partir d'un fluide tardif sont les mêmes de ceux de la roche mère, donc il y a eu rééquilibration chimique entre fluide et roche pendant la fracturation de cette dernière et la précipitation des minéraux. Dans le toit, les valeurs isotopiques dans la roche mère et dans les minéraux des veines tardives sont comparables dans les parties Ν et S de la faille, où les roches du toit et du mur ont atteint une température maximale - pendant phase prograde de la formation des Alpes - comparable. Au contraire, dans la partie centrale, où le mur a atteint des températures maximales plus élevées par rapport au toit, les valeurs géochimiques des minéralisations tardives du toit sont parfois plus basses que les valeurs observées dans le mur. Ces données suggèrent que l'infiltration de l'eau de surface aurait pu se produire dans la partie plus fracturée du toit, où le déplacement relatif le long de la faille était majeur et les températures maximales mineures. Au contraire, les données géochimiques du mur de la partie centrale indiquent un système isotopique équilibré par la roche mère.La troisième partie de ce travail se base sur l'étude géochimique intégrée des isotopes stables d'Oxygène et radioactifs du Plomb, Uranium, Thorium et Hélium, auprès d'une faille normale minéralisée et des roches de la région à cheval entre deux nappes, la nappe de la Dent Blanche et la nappe de Tsaté. Ici, des petits zircons ont été trouvés dans la minéralisation citée, riche en hématite et quartz. L'analyse radiométrique Uranium/Plomb a montré que les zircons dans la minéralisation et dans les roches autour ont des âges comparables (autour 280 Ma). Cela signifie que les zircons dans la minéralisation tardive ont été hérités de la roche mère pendant la fracturation et la circulation des fluides tardives. De l'autre coté, les résultats des analyses Uranium-Thorium/Hélium indiquent que les âges de refroidissement pour les roches mères sont différents comparés aux âges de refroidissement pour les zircons dans la minéralisation tardive: ces derniers sont plus jeunes d'environ 8 Ma (autour 25 Ma et autour 17 Ma respectivement). Les analyses des isotopes de l'oxygène sur quartz et hématite dans la même minéralisation donnent une température de mise en place de cette dernière d'environ 170° C. La température de fermeture du système chimique des zircons dans le système (Uranium-Thorium)/Hélium est d'environ 180 °C: la proximité de ces deux températures implique que l'âge de refroidissement de la minéralisation tardive peut également être interprété comme âge de formation de la faille.

Metric Short Course for the Office of Bridges and Structures, HR-378, 1995

This metric short course was developed in response to a request from the Office of Bridges and Structures to assist in the training of engineers in the use of metric units of measure which will be required in all highway designs and construction after September 30, 1996 (CFR Presidential Executive Order No. 12770). The course notes which are contained in this report, were developed for a half-day course. The course contains a brief review of metrication in the U.S., metric units, prefixes, symbols, basic conversions, etc. The unique part of the course is that it presents several typical bridge calculations (such as capacity of reinforced concrete compression members, strength of pile caps, etc.) worked two ways: inch-pound units throughout with end conversion to metric and initial hard conversion to metric with metric units throughout. Comparisons of partial results and final results (obtained by working the problems the two ways) are made for each of the example problems.

A Feasibility Study on Embedded Micro-Electromechanical Sensors and Systems (MEMS) for Monitoring Highway Structures, TR-575, 2011

Micro-electromechanical systems (MEMS) provide vast improvements over existing sensing methods in the context of structural health monitoring (SHM) of highway infrastructure systems, including improved system reliability, improved longevity and enhanced system performance, improved safety against natural hazards and vibrations, and a reduction in life cycle cost in both operating and maintaining the infrastructure. Advancements in MEMS technology and wireless sensor networks provide opportunities for long-term continuous, real-time structural health monitoring of pavements and bridges at low cost within the context of sustainable infrastructure systems. The primary objective of this research was to investigate the use of MEMS in highway structures for health monitoring purposes. This study focused on investigating the use of MEMS and their potential applications in concrete through a comprehensive literature review, a vendor survey, and a laboratory study, as well as a small-scale field study. Based on the comprehensive literature review and vendor survey, the latest information available on off-the-shelf MEMS devices, as well as research prototypes, for bridge, pavement, and traffic applications were synthesized. A commercially-available wireless concrete monitoring system based on radio-frequency identification (RFID) technology and off-the-shelf temperature and humidity sensors were tested under controlled laboratory and field conditions. The test results validated the ability of the RFID wireless concrete monitoring system in accurately measuring the temperature both inside the laboratory and in the field under severe weather conditions. In consultation with the project technical advisory committee (TAC), the most relevant MEMS-based transportation infrastructure research applications to explore in the future were also highlighted and summarized.

Wind Tunnel Analysis of the Effects of Planting at Highway Grade Separation Structures, HR-202, 1979

Blowing and drifting snow has been a problem for the highway maintenance engineer virtually since the inception of the automobile. In the early days, highway engineers were limited in their capability to design and construct drift free roadway cross sections, and the driving public tolerated the delays associated with snow storms. Modern technology, however, has long since provided the design expertise, financial resources, and construction capability for creating relatively snowdrift free highways, and the driver today has come to expect a highway facility that is free of snowdrifts, and if drifts develop they expect highway maintenance crews to open the highway within a short time. Highway administrators have responded to this charge for better control of snowdrifting. Modern highway designs in general provide an aerodynamic cross section that inhibits the deposition of snow on the roadway insofar as it is economically feasible to do so.

Evaluation of Control Structures for Stabilizing Degrading Stream Channels in Western Iowa, Phases II and III, HR-208A, 1985

Since the turn of the century, tributaries to the Missouri River in western Iowa have entrenched their channels to as much as six times their original depth. This channel degradation is accompanied by widening as the channel side slopes become unstable and landslides occur. The deepening and widening of these streams have endangered about 25% of the highway bridges in 13 counties [Lohnes et al. 1980]. Grade stabilization structures have been recommended as the most effective remedial measure for stream degradation [Brice et al., 1978]. In western Iowa, within the last seven years, reinforced concrete grade stabilization structures have cost between $300,000 and $1,200,000. Recognizing that the high cost of these structures may be prohibitive in many situations, the Iowa Department of Transportation (Iowa DOT) sponsored a study at Iowa State University (ISU) to find low-cost alternative structures. This was Phase I of the stream degradation study. Analytical and laboratory work led to the conclusion that alternative construction materials such as gabions and soil-cement might result in more economical structures [Lohnes et al. 1980]. The ISU study also recommended that six experimental structures be built and their performance evaluated. Phase II involved the design of the demonstration structures, and Phase III included monitoring and evaluating their performance.

Evaluation de deux structures à bas seuil de la ville de Lausanne : Le Passage et le Point d'eau

[Table des matières] 1. Méthodes d'évaluation. 2. Le Passage et le Point d'eau. 2.1. Historique et objectifs. 2.2. Etapes de la mise en route. 3.1. Professionnels salariés. 3.2. Bénévoles professionnels. 3.3. Bénévoles d'accueil. 4.1. Activités de la structure. 4.2. Accueil (animations, repas, collations). 4.3. L'offre socio-éducative. 4.4. L'offre sanitaire. 4.5. La distribution du matériel stérile. 5.1. Prestations d'hygiène. 5.2. Soins somatiques. 5.3. Activité sportive. 6.1. Profil des usagers. 6.2. Indicateurs socio-démographiques et d'intégration sociale. 6.3. Etat de santé perçu. 6.4. Fréquentation du réseau (dispositif bas seuil et autre) et de Point d'eau. 7. Consommation de drogues illégales. 8. Fréquentation de la structure. 9.1. Méthodes d'évaluation utilisées. 9.2. Evaluation du Passage et du Point d'eau.

Qui utilise les crèches en Suisse ? : logiques sociales du recours aux structures d'accueil collectif pour la petite enfance

Depuis quelque temps, de plus en plus de spécialistes de la politique sociale préconisent une stratégie d'investissement social dans laquelle les crèches joueraient un rôle majeur. Cette stratégie vise à prévenir les exclusions sociales par la promotion de l'égalité des chances et de l'accès à l'emploi en vue d'un allègement des dépenses de protection sociale passive. Outre qu'elles permettent aux familles d'avoir deux revenus, les crèches ont en effet l'avantage de réduire les écarts au niveau des compétences cognitives et linguistiques entre les enfants venant de différents milieux sociaux. Mais le succès d'une telle stratégie présuppose que certains publics cibles recourent effectivement aux crèches, à savoir les ménages disposant d'un faible revenu ou/et de niveau de formation, ainsi que les familles issues de l'immigration. Or, des analyses statistiques sur la base de l'Enquête suisse sur la population active (ESPA) de 2008 montrent que, pour les familles en Suisse, les chances d'utiliser une crèche augmentent avec le niveau de formation des parents. Concernant plus particulièrement le niveau de formation des mères, ce phénomène n'est d'ailleurs que partiellement conditionné par le taux d'activité supérieur de celles ayant accompli une formation de degré tertiaire. En outre, certaines populations d'immigrés dont l'intégration dans la société suisse est réputée difficile sont peu disposées à recourir aux crèches. Les immigrés de première génération de quasiment toutes les origines fortement représentées en Suisse ont en revanche plus de chances que les parents d'origine suisse de faire appel au service d'une crèche à raison d'au moins 4 jours/semaine, ce qui peut influer négativement sur le comportement de l'enfant. Ce dernier résultat semble paradoxal mais montre qu'une migration rend plus difficile l'organisation d'une garde informelle comme solution complémentaire à la crèche. En synthèse, la présente étude attire l'attention sur le fait que les atouts pédagogiques et socialisants des crèches reviennent avant tout aux enfants de parents d'origine suisse ou venant de pays culturellement proches et ayant un niveau de formation supérieur. Telle que conçue actuellement, l'offre de crèches en Suisse ne semble guère opérer comme un instrument efficace de l'investissement social. Immer mehr Experten der Sozialpolitik empfehlen eine ,,Strategie der sozialen Investitionen", die den Kindertagesstätten (bzw. Kinderkrippen) eine wichtige Rolle zuschreibt. Ziel dieser Strategie ist es, durch Förderung von Chancengleichheit und Arbeitsmarktpartizipation sozialen Ausgrenzungen vorzubeugen, um Einsparungen im Bereich der passiven Sozialleistungen zu ermöglichen. Krippen haben einerseits den Vorteil, dass sie es den Familien ermöglichen, zwei Einkommen zu erzielen. Andererseits tragen sie zur Minderung von kognitiven und sprachlichen Fähigkeitsunterschieden zwischen Vorschulkindern aus verschiedenen sozialen Milieus bei. Der Erfolg dieser Strategie setzt jedoch voraus, dass gewisse Zielgruppen tatsächlich Krippen nutzen, nämlich bezüglich Einkommen und/oder Bildung benachteiligte Haushalte sowie Familien mit Migrationshintergrund. Die vorliegenden statistischen Analysen aufgrund der SAKE-Daten von 2008 (Schweizerische Arbeitskräfteerhebung) ergeben jedoch für die Schweiz, dass die Wahrscheinlichkeit, eine Krippe zu nutzen, mit dem Bildungsniveau der Eltern steigt. Was das Bildungsniveau der Mütter im Besonderen anbelangt, ist dieses Phänomen nur teilweise bedingt durch den tendenziell höheren Beschäftigungsgrad der besser Ausgebildeten. Zudem haben einige Migrantengruppen, deren Integration in die Schweizer Gesellschaft als besonders schwierig betrachtet wird, eine bedeutend tiefere Benützungswahrscheinlichkeit als Eltern Schweizer Herkunft. Für fast alle in der Schweiz stark vertretenen Migranten erster Generation ist dennoch das statistische Risiko grösser, die Krippe während mindestens 4 Tagen/Woche zu nutzen, was einen negativen Einfluss auf das Verhalten des Kindes haben kann. Dieses scheinbar paradoxe Ergebnis ist darauf zurückzuführen, dass ein Migrationshintergrund das Organisieren von krippenergänzenden Betreuungslösungen informeller Art meist erschwert. Gesamthaft zeigt die vorliegende Studie auf, dass die positiven pädagogischen und sozialisierenden Effekte der Krippen in erster Linie Kindern zugutekommen, deren Eltern eine höhere Ausbildung haben, Schweizer Herkunft sind oder aus einem kulturell nahestehenden Land kommen. So wie es gegenwärtig eingerichtet ist, scheint das Krippenangebot in der Schweiz kaum als effizientes Instrument sozialer Investitionen zu wirken.

Scale Effects in Hydraulic Model Tests of Rock Protected Structures, HR-119, 1970

A laboratory investigation was undertaken to determine the limiting model Reynolds number above which the scour behavior of rock protected structures can be reproduced in hydraulic models scaled according to the Froude criterion. A submerged jet was passed over an initially full scour pocket containing uniform glass spheres and the rate of scour was measured as a function of time. The dimensions of the scour pocket and jet and the particle diameters were varied as needed to maintain strict geometric similarity. For each of two different Froude numbers the Reynolds number was varied over a wide range. The normalized scour rate was found to be practically independent of the Reynolds number, R, (based on the jet velocity and particle diameter) at values of R above about 2.5 x 10^3, and to decrease with Rat smaller values. A grid placed in the jet was found to have a very strong effect on the scour rate. In an attempt to explain the effect of R on the scour behavior, turbulent pressure and velocity fluctuations were measured in air flows and water flows, respectively, over rigid scour pockets having the same geometry as those formed in the scour experiments. The normalized spectra of the fluctuations were found to be nearly independent of R, but the flow pattern was found to be very sensitive to the inlet condition, the jet deflecting upward or downward in a not wholly explainable manner. This indicates that scour behavior can be modeled only if the approach flow is also accurately modeled.

Field Instrumentation, Testing, and Long-Term Monitoring of High-Mast Lighting Towers in the State of Iowa, TR-518, 2006

As a result of the collapse of a 140 foot high-mast lighting tower in Sioux City, Iowa in November of 2003, a thorough investigation into the behavior and design of these tall, yet relatively flexible structures was undertaken. Extensive work regarding the root cause of this failure was carried out by Robert Dexter of The University of Minnesota. Furthermore, a statewide inspection of all the high-mast towers in Iowa revealed fatigue cracks and loose anchor bolts on other existing structures. The current study was proposed to examine the static and dynamic behavior of a variety of towers in the State of Iowa utilizing field testing, specifically long-term monitoring and load testing. This report presents the results and conclusions from this project. The field work for this project was divided into two phases. Phase 1 of the project was conducted in October 2004 and focused on the dynamic properties of ten different towers in Clear Lake, Ames, and Des Moines, Iowa. Of those ten, two were also instrumented to obtain stress distributions at various details and were included in a 12 month long-term monitoring study. Phase 2 of this investigation was conducted in May of 2005, in Sioux City, Iowa, and focused on determining the static and dynamic behavior of a tower similar to the one that collapsed in November 2003. Identical tests were performed on a similar tower which was retrofitted with a more substantial replacement bottom section in order to assess the effect of the retrofit. A third tower with different details was dynamically load tested to determine its dynamic characteristics, similar to the Phase 1 testing. Based on the dynamic load tests, the modal frequencies of the towers fall within the same range. Also, the damping ratios are significantly lower in the higher modes than the values suggested in the AASHTO and CAN/CSA specifications. The comparatively higher damping ratios in the first mode may be due to aerodynamic damping. These low damping ratios in combination with poor fatigue details contribute to the accumulation of a large number of damage-causing cycles. As predicted, the stresses in the original Sioux City tower are much greater than the stresses in the retrofitted towers at Sioux City. Additionally, it was found that poor installation practices which often lead to loose anchor bolts and out-of-level leveling nuts can cause high localized stresses in the towers, which can accelerate fatigue damage.

Improved Methods for Determining Wind Loads on Highway Sign and Traffic-Signal Structures, TR-559, 2007

The main objective of the proposed study is to use Computational Fluid Dynamics (CFD) tools to determine the wind loads by accurate numerical simulations of air flow characteristics around large highway sign structures under severe wind speeds conditions. Fully three-dimensional Reynolds- Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations are used to estimate the total force on different panels, as well as the actual pressure distribution on the front and back faces of the panels. In particular, the present study investigates the effects of aspect ratio and sign spacing for regular panels, the effect of sign depth for the dynamic message signs that are now being used on Iowa highways, the effect induced by the presence of back-to-back signs, the effect of the presence of add-on exit signs, and the effect of the presence of trucks underneath the signs potentially creating “wind tunnel” effect.

Evaluation of the Need for Longitudinal Median Joints in Bridge Decks on Dual Structures, TR-661, 2015

The primary objective of this project was to determine the effect of bridge width on deck cracking in bridges. Other parameters, such as bridge skew, girder spacing and type, abutment type, pier type, and number of bridge spans, were also studied. To achieve the above objectives, one bridge was selected for live-load and long-term testing. The data obtained from both field tests were used to calibrate a three-dimensional (3D) finite element model (FEM). Three different types of loading—live loading, thermal loading, and shrinkage loading—were applied. The predicted crack pattern from the FEM was compared to the crack pattern from bridge inspection results. A parametric study was conducted using the calibrated FEM. The general conclusions/recommendations are as follows: -- Longitudinal and diagonal cracking in the deck near the abutment on an integral abutment bridge is due to the temperature differences between the abutment and the deck. Although not likely to induce cracking, shrinkage of the deck concrete may further exacerbate cracks developed from thermal effects. -- Based upon a limited review of bridges in the Iowa DOT inventory, it appears that, regardless of bridge width, longitudinal and diagonal cracks are prevalent in integral abutment bridges but not in bridges with stub abutments. -- The parametric study results show that bridge width and skew have minimal effect on the strain in the deck bridge resulting from restrained thermal expansion. -- Pier type, girder type, girder spacing, and number of spans also appear to have no influence on the level of restrained thermal expansion strain in the deck near the abutment.