The application of load and resistance factors design (LRFD) in soil-structure interaction modelling to evaluate the stability of retaining structures

ABSTRACT: As part of the Toronto Eglinton Crosstown Light Rail Transit (ECLRT) Project, re-alignment of Eglinton Avenue E. is required to accommodate the proposed guideway and U-shaped portal near Black Creek. This re-alignment is to include the construction of a 2.4 m to 8.0 m high Cast-in-Place (CIP) retaining wall in what is currently a regional catchment area and recreational site. Throughout design of the retaining wall, several challenges were encountered including: weak foundation soils, complex lithology, heterogeneous backfill material, spatial constraints, the presence of a water main, and flood conditions. Due to these design challenges, the conventional analytical methods would result in an over simplification of the problem and, hence, did not provide the level of detail required to address the various design concerns. To overcome these design challenges, soil-structure interaction modelling was utilized to analyze the external stability of the retaining structure and evaluate the mitigation measures to handle the geotechnical constraints. In addition, the Project Agreement (PA) stipulates design be completed following the American Association State of Highway and Transportation Officials (AASHTO) methodology. In order to remain compliant with the PA, Finite Element modelling in PLAXIS 2D (PLAXIS) was completed applying the AASHTO Load and Resistance Factors Design (LRFD) method. This paper discusses the procedure of applying the AASHTO load and resistance factors into PLAXIS, as well as the solutions utilized to combat the aforementioned design challenges.

RÉSUMÉ: En relation avec le projet du Transport Léger sur Rail Eglinton Crosstown (ECLRT) de Toronto, le réajustement de l’Avenue Eglinton Est est de mise afin d’adapter la voie de circulation proposée et le portail en forme de U près de Black Creek. Ce réajustement devra inclure la construction d’un mur de soutènment en béton moulé sur place de 2.4 m à 8.0 m en hauteur dans ce qui est présentment une zone de captage régionale et site récréatif. Durant la conception du mur de soutènement, plusieurs obstacles furent rencontrés, incluant: faible fondation des sols, lithologie complexe, matériel de remblai hétérogène, contraintes d’espace, présence de conduit d’eau et conditions d’innondation. En raison de ces obstacles de conception, les méthodes analytiques conventionelles résulteraient en une sursimplification du problème et en conséquence, fait défaut de fournir le niveau de détail nécessaire afin d’adresser les nombreuses préoccupations de conception. Pour surmonter ces difficultés, l’utlisation du modèle d’interaction de structure de sol pour analyser la stabilité internale de la structure de soutènment et évaluer les mesures d’atténuation pour gérer les contraintes géotechniques fut d’importance. De plus, l’accord de projet stipule que la conception doit être completée suivant la méthodologie de l'Association Américaine des Administrateurs des Autoroutes et du Transport des États Fédérés (AASHTO). Afin de demeurer conforme avec l’accord de projet, le modèle d’élements finis avec PLAXIS 2D (PLAXIS) a été complété en appliquant la méthode de Facteurs de Conception de Charge et Résistence de l’AASHTO. Cet article vise la procédure d’application de Facteurs de Charge et de Résistence d’AASHTO avec PLAXIS, en autant que les solutions utilisées pour combattre les obstacles susmentionnés.