Geotechnical Properties of Sedimentary Bedrock in Calgary, Alberta

ABSTRACT: The bedrock in Calgary belongs to the Paskapoo Formation which consists of flat lying to gently dipping sandstone (SS), siltstone (SI) and mudstone locally known as claystone (CS). The Paskapoo Formation has over 50 % of SI and CS deposits (Hamblin 2004). The SS and SI are typically much stronger than CS which can have the consistency of stiff to hard clay. The bedrock units are inter-fingered, laterally discontinuous and their geotechnical properties are highly variable which pose challenges for tunneling and slope stabilization projects involving rock cuts. The variability in the geotechnical properties of the Calgary bedrock was investigated by performing extensive laboratory testing on bedrock samples collected from several investigations performed in all quadrants of the City of Calgary. For CS, the investigated geotechnical properties included Atterberg Limits, slake durability, swelling strains and swelling pressures, rock mineralogy, shear strength parameters (cohesion, friction angle), uniaxial compressive strengths, tensile strengths and durability under freezing and thawing conditions. For SS, the investigated properties included shear strength parameters, uniaxial compressive strengths, tensile strengths, abrasiveness and durability under freezing and thawing conditions. This paper presents the laboratory test results for the investigated geotechnical properties and their impacts which are critical for the selection of the Tunnel Boring Machines (TBMs), associated muck conveyance system and tunnel lining systems. The paper also discusses the impacts of investigated geotechnical properties on the slope stabilization of the rock-mass of the Paskapoo Formation.

RÉSUMÉ: Le substratum rocheux de Calgary appartient à la Formation de Paskapoo qui se compose de grès plat à légèrement incliné (SS), de siltstone (SI) et de mudstone connu localement sous le nom d'argile (CS). La Formation de Paskapoo compte plus de 50 % de gisements SI et CS (Hamblin 2004). Le SS et le SI sont généralement beaucoup plus résistants que le CS, qui peut avoir la consistance d'une argile rigide à dure. Les unités de substratum rocheux sont entrelacées, latéralement discontinues et leurs propriétés géotechniques sont très variables, ce qui pose des défis pour les projets de tunnel et de stabilisation des talus impliquant des déblais rocheux. La variabilité des propriétés géotechniques du substrat rocheux de Calgary a été étudiée en effectuant des tests approfondis en laboratoire sur des échantillons de substrat rocheux prélevés lors de plusieurs enquêtes effectuées dans tous les quadrants de la ville de Calgary. Pour le CS, les propriétés géotechniques étudiées comprenaient les limites d'Atterberg, la durabilité des boues, les déformations et les pressions de gonflement, la minéralogie des roches, les paramètres de résistance au cisaillement (cohésion, angle de frottement), les résistances à la compression uniaxiale, les résistances à la traction et la durabilité dans des conditions de gel et de dégel. Pour SS, les propriétés étudiées comprenaient les paramètres de résistance au cisaillement, les résistances à la compression uniaxiale, les résistances à la traction, l'abrasivité et la durabilité dans des conditions de gel et de dégel. Cet article présente les résultats des essais en laboratoire pour les propriétés géotechniques étudiées et leurs impacts qui sont essentiels pour la sélection des tunneliers, système de transport de boue associé et des systèmes de revêtement de tunnel. L'article discute également des impacts des propriétés géotechniques étudiées sur la stabilisation des pentes de la masse rocheuse de la Formation de Paskapoo.