Embankment Failure During Staged Construction on Varved Clay Foundations - Revisited

ABSTRACT: It is widely accepted that foundation soils under an embankment will gain strength due to the dissipation of pore pressures and increase in effective stress. With granular soils, the increase in effective stress and corresponding increase in strength are rapid and typically occur during placement of the embankment. Whereas with clayey soils, this is a time-dependent phenomenon as the dissipation of pore pressures is a slow process due to low permeability. It is also generally believed that varved clays, containing alternating layers of clay and silt, exhibit greater permeability in the horizontal direction. It has also been pointed out that owing to the faster rate of consolidation of varved clay deposits under external loads, they are well suited for staged construction because pore pressures are expected to dissipate faster through the more pervious silt seams within the varved clay. It is with this belief that staged construction was chosen in 1964 by the Department of Highways Ontario for placement of a 9.2 m high embankment in New Liskeard. With construction of a 6 m high embankment as the first stage, it was proposed that consolidation of the varved clay would take place faster than it would in a comparably deep homogeneous clay. It was also thought that the corresponding shear strength increase would enable placement of the embankment fill to full height rather rapidly and safely. However, the embankment failed during construction when the height reached 5.6 m, despite calculations that showed it should have been safe. This paper revisits the failure and subsequent research, along with a discussion as a reminder to the geotechnical industry that staged construction of embankments on varved clays should not be considered as a sure thing. If not properly analyzed, designed and monitored, it may lead to unexpected consequences during construction.

RÉSUMÉ: Il est largement admis que les sols de fondation sous un remblai gagneront en résistance en raison de la dissipation des pressions interstitielles et de l'augmentation de la contrainte effective. Avec les sols granulaires, l'augmentation de la contrainte effective et l'augmentation correspondante de la résistance sont rapides et se produisent généralement pendant la mise en place du remblai. Alors qu'avec les sols argileux, il s'agit d'un phénomène dépendant du temps car la dissipation des pressions interstitielles est un processus lent en raison de la faible perméabilité. On pense aussi généralement que les argiles varvées, contenant des couches alternées d'argile et de limon, présentent une plus grande perméabilité dans la direction horizontale. Il a également été souligné qu'en raison de la vitesse plus rapide de consolidation des dépôts d'argile varvé sous des charges externes, ils sont bien adaptés pour la construction par étapes, car les pressions interstitielles devraient se dissiper plus rapidement à travers les couches de limon plus perméables à l'intérieur de l'argile varvé. C'est avec cette conviction que la construction échelonnée a été choisie en 1964 par le ministère de la Voirie de l'Ontario pour le placement d'un remblai de 9,2 m de haut à New Liskeard. Avec la construction d'un remblai de 6 m de haut comme première étape, il a été proposé que la consolidation de l'argile varvée se fasse plus rapidement qu'elle ne le ferait dans une argile homogène d'une profondeur comparable. On a également pensé que l'augmentation correspondante de la résistance au cisaillement permettrait de placer le remblai à pleine hauteur assez rapidement et en toute sécurité. Cependant, le remblai s'est rompu pendant la construction lorsque la hauteur a atteint 5,6 m, malgré des calculs qui ont montré qu'il aurait dû être sécuritaire. Cet article revisite l'échec et les recherches ultérieures, avec une discussion pour rappeler à l'industrie géotechnique que la construction par étapes de remblais sur des argiles varvées ne doit pas être considérée comme une chose sûre. S'il n'est pas correctement analysé, conçu et surveillé, il peut entraîner des défaillances inattendues pendant la construction.