Settlement Monitoring with Test Fill Pile Pads over Clay Deposits to Improve Grade Raise Restriction Assessments

ABSTRACT: Urban sprawl has resulted in growing communities expanding into lands often considered less desirable for supporting buildings and infrastructure due to subsoil characteristics. Throughout the City of Ottawa, this has resembled communities expanding from urban centers, mostly supported by bedrock and dense soils, to agricultural lands, predominantly consisting of marine clays formed by the prehistoric Champlain Sea. These communities require grading that exceeds conservatively estimated grade raise restrictions obtained from conventional laboratory testing or pre-consolidation pressure correlations from in-situ shear strength measurements. Paterson has undertaken monitoring programs across parts of Ottawa’s urban expansion lands underlain by marine clay deposits to assess grade raise restrictions against in-situ settlement results rather than conventional laboratory testing methods. These monitoring programs analyze settlement monitoring data collected from surcharge and preload programs to improve correlations from in-situ shear vane tests for providing higher permissible grade raise estimates than conventional methods may yield. The dataset spans multiple projects and consists of measuring the settlement of settlement plates installed within varying heights of surcharge fill over prolonged time periods to provide robust information for evaluating soil response to grade raises, building loads and long-term lowering of groundwater levels. Through detailed analysis, the studies have identified key trends in determining grade raise restrictions over clay soils and evaluated the suitability of current testing methods for estimating these critical design parameters. The research underscores the importance of integrating large-scale settlement monitoring with smaller-scale geotechnical testing to refine existing design parameters and correlation factors while minimizing the importance of existing laboratory testing methods. The findings contribute valuable knowledge to geotechnical engineering practice, offering practical tools for optimizing design over clay deposits and improving the predictability of marine clay soil performance under surcharge conditions.

RÉSUMÉ: L’étalement urbain a conduit à l’expansion de communautés en pleine croissance sur des terrains souvent considérés comme moins propices à la construction de bâtiments et d’infrastructures en raison des caractéristiques du sous-sol. À Ottawa, ce phénomène se manifeste par l’extension des quartiers à partir de centres urbains établis sur le roc ou des sols denses vers des terres agricoles majoritairement composées d’argiles marines déposées par l’ancienne mer de Champlain. Ces communautés nécessitent des rehaussements de terrain supérieurs aux limites généralement prudentes, estimées à partir d’essais en laboratoire conventionnels ou de corrélations de la pression de préconsolidation obtenues par mesures in situ de la résistance au cisaillement. Paterson a mis en œuvre des programmes de surveillance dans plusieurs zones d’expansion urbaine d’Ottawa reposant sur des dépôts d’argile marine, afin d’évaluer les restrictions de surélévation à partir des résultats de tassement mesurés in situ plutôt que par des méthodes d’essai en laboratoire traditionnelles. Ces programmes analysent les données de tassement recueillies lors de projets de surcharge et de préchargement, dans le but d’améliorer les corrélations issues des essais au scissomètre in situ et ainsi proposer des estimations de surélévation admissible plus élevées que celles obtenues par les méthodes conventionnelles. L’ensemble de données couvre plusieurs projets, mesurant le tassement de plaques installées sous différentes hauteurs de remblai de surcharge sur de longues périodes, afin de fournir des données fiables pour évaluer la réponse du sol à la surcharge, aux charges des bâtiments et à la baisse à long terme du niveau de la nappe phréatique. Grâce à une analyse approfondie, les études ont permis d’identifier les principales tendances dans l’évaluation des restrictions de surélévation sur sols argileux, tout en examinant la pertinence des méthodes d’essai actuellement utilisées pour estimer ces paramètres de conception cruciaux. Les résultats soulignent l’importance d’intégrer une surveillance du tassement à grande échelle avec des essais géotechniques à plus petite échelle afin de mieux définir les paramètres de conception et les facteurs de corrélation, tout en réduisant l’importance accordée aux essais en laboratoire. Ces travaux apportent des connaissances précieuses à la pratique en ingénierie géotechnique, en fournissant des outils concrets pour optimiser la conception sur dépôts argileux et améliorer la prévisibilité du comportement des argiles marines en conditions de surcharge.