Rethinking the Strength Properties of Soils in the Greater Toronto Area

ABSTRACT: An extensive laboratory testing program was carried out for recent transit expansion projects in the Toronto area. The testing included routine characterization index testing - moisture content, grain size distribution, Atterberg Limits and unit weights - and a suite of advanced testing consisting of approximately 181 triaxial compression test sets (in the order of about 540 specimens) to define the strength properties (friction angle, φ’, and the cohesion, c’) of the soils for use in design. In this paper, we present a summary of the characterization and triaxial compression results, classified using the physical properties of the TTC Soil Groups. Two different sampling methods were used to obtain triaxial test samples conventional PQ coring and the faster Sonic coring method. A comparison of the results indicates that the sampling method (PQ or Sonic) had minimal impact on friction angle results, with the Sonic soil samples generally indicating a slightly lower friction angle when compared to those soil samples obtained using PQ methods. A review of strength parameters recommended for various new developments and transit infrastructure improvement projects was carried out and compared to the results obtained from the triaxial compression testing. Based on this review it appears that geotechnical design engineers may be underestimating the strength of the soils in the Greater Toronto Area favouring to use more conservative values for friction angle and cohesion.

RÉSUMÉ: Un vaste programme d'essais en laboratoire a été réalisé pour les projets récents d'expansion des transports en commun dans la région de Toronto. Les essais comprenaient des essais de routine pour la détermination d'indices de caractérisation - teneur en eau, distribution granulométrique, limites d'Atterberg et poids volumiques - et une série d’essais avancés comprenant environ 181 essais de compression triaxiale (de l'ordre d'environ 540 échantillons) pour déterminer les paramètres de résistance (l'angle de frottement, φ ', et la cohésion, c') des sols à utiliser dans la conception. Dans cet article, nous présentons un résumé des résultats de caractérisation et de compression triaxiale, classés en utilisant les propriétés physiques des groupes de sol de la CTT. Deux méthodes d'échantillonnage différentes, une avec un carottage PQ conventionnel et l’autre avec un carottage Sonic plus rapide, ont été utilisées pour obtenir des échantillons d'essais triaxiaux. Une comparaison des résultats indique que la méthode d'échantillonnage (PQ ou Sonic) a un impact minimal sur les résultats d'angle de frottement quoique les échantillons de sol obtenus avec le carottage Sonic donnent généralement un angle de frottement légèrement inférieur par rapport aux échantillons de sol obtenus à l'aide du carottage PQ. Un examen des paramètres de résistance recommandés pour divers projets et développements nouveaux pour l’amélioration des infrastructures de transport en commun a été effectué et comparé aux résultats obtenus à partir des essais de compression triaxiale. Sur la base de cet examen, il semble que les ingénieurs de conception géotechnique sous-estiment la résistance des sols dans la région du Grand Toronto et préfèrent utiliser des valeurs plus prudentes pour l'angle de frottement et la cohésion.