A PPV-Strain-Based method for evaluating clay softening due to construction vibrations

RÉSUMÉ: Les opérations de construction telles que les explosions, les battages de pieux et autres activités lourdes à proximité de dépôts d’argile sensible peuvent perturber la structure du sol. Cette perturbation peut entraîner des déformations temporaires ou permanentes, provoquant une réduction de la résistance au cisaillement du sol. Par conséquent, la stabilité des pentes argileuses et des structures avoisinantes peut être compromise. En pratique, la surveillance des vibrations repose généralement sur l’approche de la vitesse particulaire maximale (PPV), initialement développée pour les explosions en roche. Cette méthode a été étendue aux sols afin de prévenir les dommages causés par les vibrations induites par les activités de construction. Cependant, les seuils de PPV utilisés actuellement proviennent principalement d’essais effectués sur la roche et ne reflètent pas fidèlement le comportement des argiles molles. L’application des mêmes critères de PPV à différents types de sols n’est pas appropriée en raison de leurs propriétés variables. Les argiles possèdent une déformation critique spécifique au cisaillement (γt), en dessous de laquelle la pression interstitielle et la dégradation de la résistance sont négligeables ou inexistantes. Cette étude propose une nouvelle méthode permettant de mieux contrôler les effets des vibrations sur les dépôts d’argile en établissant une corrélation entre la PPV mesurée à la surface du sol et la déformation maximale au cisaillement qui se développe dans le profil du sol au même emplacement. La relation a été validée à l’aide de simulations numériques avec FLAC2D et d’un essai sur le terrain dans un dépôt naturel. Les résultats montrent que l’équation proposée permet d’estimer de manière fiable la déformation maximale au cisaillement et qu’elle n’est pas influencée par les caractéristiques de la source de vibration lorsque les mesures sont effectuées à une distance suffisante de cette dernière.

ABSTRACT: Construction operations such as blasting, pile driving, and other heavy activities near sensitive clay deposits can disturb the soil structure. This disturbance may lead to both temporary and permanent deformations, causing a reduction in the soil’s shear strength. As a result, the stability of clay slopes and nearby structures can be compromised. In current practice, vibration monitoring is typically based on the Peak Particle Velocity (PPV) approach, which was originally developed for blasting in rock. This method has been extended to soils to help prevent damage from construction-induced vibrations. However, the PPV thresholds used today were mainly derived from tests on rock and do not accurately reflect the behaviour of soft clays. Applying the same PPV criteria to different soil types is not appropriate due to their varying properties. Clays have a specific critical shear strain (γt), below which negligible or no pore water pressure and strength degradation occur. This study introduces a new method that can better control vibration effects on clay deposits by establishing a correlation between the PPV measured at the ground surface and the maximum shear strain that develops within the soil profile at the same location. The correlation was validated using numerical simulations using FLAC2D and by a field setup in a natural soil deposit. The results show that the proposed equation can reliably estimate the maximum shear strain and is not affected by the characteristics of the vibration source when measured at locations sufficiently distant from the source.