Engineering geophysical investigation of permafrost conditions underneath airfield embankments in Northern Quebec (Canada)

Richard Fortier, Catherine Savard

In the proceedings of: GEO2010 Calgary: 63rd Canadian Geotechnical Conference & 6th Canadian Permafrost Conference

Session: M2-E

ABSTRACT: An increase in air temperature in excess of 3 °C over a 10-year period from 1992 to 2002 was observed in Northern Quebec (Canada). This increase induced widespread permafrost degradation in the discontinuous permafrost zone mainly under the form of localized zones of thaw subsidence affecting the performance of roads and airfields built on thaw-instable frozen ground. In a context of fast population growth and increasing resource development in Northern Quebec, the vulnerability of transportation infrastructure to permafrost degradation raises concern for the safety and economic sustainability of the Inuit communities. An engineering geophysical investigation, including capacitively coupled resistivity (CCR) and ground penetrating radar (GPR) surveys, was carried out in summer 2004 at the airports of Tasiujak, Aupaluk, Kangirsuk, and Quaqtaq in Ungava Bay to characterize the frozen ground conditions underneath the airfield embankments and assess their vulnerability to permafrost degradation. CCR and GPR are complementary non-invasive subsurface investigation tools. CCR is effective for characterizing the permafrost conditions while GPR defines accurately the cryostratigraphic contacts. The combined interpretation of CCR and GPR surveys leads to a high resolution crossŒsection of permafrost conditions. An example of the subsurface characterization capabilities of combined CCR and GPR surveys is given for Tasiujaq Airport which is considered vulnerable to permafrost degradation.

RÉSUMÉ: Une augmentation de la température de l'air supérieure à 3 °C a été observée au Québec nordique (Canada) sur une période de 10 ans de 1992 à 2002. Cette augmentation a provoqué une dégradation généralisée du pergélisol dans la zone de pergélisol discontinu sous la forme de secteurs bien définis d'affaissement au dégel qui affecte la performance des routes et pistes d'atterrissage construites sur un sol gelé instable au dégel. Dans un contexte de forte croissance de la population et de développement de l'exploitation des ressources naturelles au Québec nordique, la vulnérabilité des infrastructures de transport à la dégradation du pergélisol soulève des inquiétudes sur la sécurité et le développement durable des communautés Inuites. Un programme d'investigation géophysique qui incluait des profilages de résistivité électrique avec un système couplé capacitivement et des levés de géoradar a été réalisé durant l'été 2004 aux aéroports de Tasiujaq, Aupaluk, Kangirsuk et Quaqtaq sur la côte ouest de la Baie d'Ungava pour caractériser les conditions de la sous-fondation pergélisolée des remblais aéroportuaires et évaluer leur vulnérabilité à la dégradation du pergélisol. Le système couplé capacitivement et le géoradar sont des outils géophysiques complémentaires d'investigation non-invasive de la sous-surface. Le premier outil fournit des informations sur les conditions du pergélisol alors que le second définit précisément les contacts cryostratigraphiques. L'interprétation combinée des levés de résistivité électrique et de géoradar génère des vues en coupe à haute résolution des conditions du pergélisol. Un exemple des possibilités de caractérisation de la sous-surface avec des levés combinés de résistivité électrique et de géoradar est donné pour l'aéroport de Tasiujaq jugé vulnérable à la dégradation du pergélisol.

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