Geotechnical Assessment of the 1930s Jacques Cartier Bridge

RÉSUMÉ: Dans le cadre de l'évaluation de la performance sismique du pont Jacques-Cartier dans la région de Montréal au Québec, une étude géotechnique détaillée a été réalisée. Le pont représente un pont essentiel tel que défini dans la norme CAN / CSA-S6-14 et constitue une ligne de transport important entre l'île de Montréal et la Rive-Sud du fleuve Saint-Laurent avec une portée totale de 3 km. Le pont est supporté par différents types de fondations, y compris les grands piliers déposés directement sur le substratum rocheux, les grands piliers soutenus sur plus de 140 pieux en bois, les petits piliers appuyés directement sur les sols et les petits piliers soutenus directement sur les piles de bois. Le pont est soutenu par 60 piliers et 2 culées couvrant une plage de travées d'environ 30 à 332 m et comprend la structure du pavillon de l’île Sainte-Hélène dans la longueur totale du pont. Les conditions du sol couvrent un large éventail de types de substratum rocheux, des intrusions de brèche aux roches sédimentaires schisteuses, et des sols allant de l'argile limoneuse aux sables meubles aux tills glaciaires denses. Des remblais profonds étaient également présents à plusieurs endroits, résultant des travaux de jetée du pont d'origine à la construction de la Voie maritime du fleuve Saint-Laurent. L'enquête sur le terrain a inclus huit forages traditionnels avec des tests de pénétration standard (SPT), six profils de vitesse de cisaillement géophysique en fond de trou et quatre tests de pénétration de cône (CPT). Une série de cinq fosses d'essai ont également été creusée sur la rive de Montréal afin d'exposer et d'évaluer certaines des piles de bois datant des années 1930. Les résultats de l'enquête sur le terrain ont été utilisés pour évaluer la réponse du site par rapport à la charge sismique et le potentiel de liquéfaction sismique de certains horizons de sol meuble, de même que pour modéliser la capacité de charge et la rigidité dynamiques axiales et latérales pour la multitude de types de fondation présents. Cette étude de cas révèle plusieurs aspects intéressants relatifs aux performances sismiques de la structure du potentiel de liquéfaction sismique, la réponse dynamique de sections spécifiques du pont aux charges sismiques, la rigidité dynamique latérale et la capacité des systèmes de fondation existants. Des recommandations concernant des enquêtes supplémentaires sur le terrain, dans le cadre de la prochaine phase d'évaluation des ponts, ont également été fournies.

ABSTRACT: As part of the seismic performance assessment of the Jacques Cartier Bridge in the Montréal region in Québec, a detailed geotechnical investigation was carried out. The bridge represents a lifeline bridge as defined in CAN/CSA-S6-14 and is an important transportation link between the Island of Montreal and the South Shore of the St. Lawrence River with a total span of more than 3 km. The bridge is supported on a range of different foundation types, including large piers supported directly on bedrock, large piers supported on over 140 wood piles, small piers supported directly on soils and small piers supported directly on wood piles. The bridge is supported on 60 piers and 2 abutments covering range of spans from about 30 m to 332 m and includes île Sainte-Hélène Pavilion structure within its overall length. The ground conditions cover a wide range of bedrock types, from breccia intrusions to shale sedimentary rock, and soils ranging from silty clay to loose sands to dense glacial tills. Deep fills were also present in several locations, resulting from the original bridge pier work to the construction of the St. Lawrence Seaway. The field investigation included eight traditional boreholes with standard penetration tests (SPTs), six downhole geophysics shear wave velocity profiles, and four cone penetration tests (CPTs). A series of five test pits were also excavated on the Montreal shore to expose and assess some of the wood piles dating back to the 1930s. The results of the field investigation were used to assess site response relative to seismic loading, the potential for seismic liquefaction of certain loose soil horizons, and to model the dynamic axial and lateral load capacity and stiffness for the multitude of foundation types present. This case study reveals several interesting aspects relative to the seismic performance of the structure from the potential for seismic liquefaction, the dynamic response of specific sections of the bridge to seismic loads, the lateral dynamic stiffness and capacity of the existing foundation systems. Recommendations for additional field investigations as part of the next phase of bridge assessment were also provided.