Étude du comportement cyclique de résidus miniers avec inclusions drainantes par des essais sur table sismique.

Lors de l'exploitation minière, le minerai est broyé afin d'en extraire les minéraux ayant une valeur commerciale. Lorsque les éléments ciblés ont été retirés de la roche, les rejets produits sont typiquement déposés dans des parcs à résidus miniers sous forme d'une pulpe (mélange de roche concassée et d'eau) ayant une teneur en eau élevée. Les parcs à résidus miniers sont généralement ceinturés, en tout ou en partie, par des digues. Dans le passé, il est arrivé que des digues cèdent en raison de contraintes trop élevées causées par des sollicitations mécaniques sévères pouvant mener à la liquéfaction des résidus miniers. Et même si les techniques de construction se sont graduellement améliorées, la fréquence de rupture des digues de parcs à résidus miniers reste encore largement supérieure à celle des digues de rétention d'eau. Lors d'un séisme ou d'un événement pouvant causer des sollicitations dynamiques (p. ex. dynamitage ou passage d'un camion), il est possible que certains matériaux subissent des effets pouvant mener à leur liquéfaction. Les résidus provenant de mines en roches dures (comme on en retrouve plusieurs en Abitibi) possèdent les caractéristiques qui les rendent particulièrement susceptibles à la liquéfaction, soit : une cohésion quasi-nulle, une granulométrie silteuse, un faible indice de densité et un degré de saturation élevé. Ce type de matériau tend à se contracter lorsqu'il est soumis à des sollicitations mécaniques. Si le matériau est saturé, la contraction peut engendrer une augmentation des pressions interstitielles qui réduit les contraintes effectives, et qui peut provoquer la liquéfaction du matériau. Dans ce cas, les contraintes appliquées sur le parement amont des digues peuvent être suffisamment élevées pour engendrer une rupture. Plusieurs études ont permis de mieux comprendre le phénomène de la liquéfaction ainsi que les méthodes pour caractériser les matériaux qui y sont susceptibles. D'autres recherches ont permis d'établir des méthodes pour prévenir la liquéfaction ou en limiter les effets. Ces travaux ont surtout portés sur les sols sableux et silteux; très peu ont été faits sur des résidus miniers et aucun ne comprend des essais sur table sismique (à la connaissance de l'auteur). Le projet de recherche présenté dans ce mémoire a pour but d'aider à mieux comprendre les facteurs qui mènent à la liquéfaction des résidus miniers afin d'en réduire le potentiel.

Abstract

The ore of an operating mine is extracted and concentrated to obtain minerals of commercial value. The residual material (tailings) resulting from this milling operation is usually mixed with water to create a slurry that is pumped to an impoundment. Such tailings storage facilities are typically surrounded, in part or totally, by dikes. Over the years, dike failures have occurred in tailings storage facilities because of the large stresses caused by severe mechanical loading which can liquefy tailings. Even though the construction techniques for dikes in tailings impoundments has gradually improved over the last few decades, their rate of failure is still much greater than for water retention dams. During an earthquake or other events that can cause significant cyclic stresses (i.e. vibration caused by blasting or by heavy machinery), some materials react in a way that can lead to their liquefaction. Tailings from hard rock mines (like those found in Abitibi, Quebec) are particularly sensitive to liquefaction because of their physical characteristics, which include: no or low cohesion, silt-like grain size, low density index ID, and a high degree of saturation Sr (≈ 100 %). When subjected to cyclic loadings this type of material tends to contract. This contraction can lead to an increase in the porewater pressures that reduces the effective stresses and can ultimately cause liquefaction. In this case, the stresses applied to the upstream face of the retaining dike can be large enough to cause failure. Many studies were undertaken to better understand the physics of liquefaction and to characterize liquefiable materials. Researchers have also developed methods to prevent liquefaction or to limit its effects. These studies were mostly conducted on naturally occurring soils, such as sands and silts; there has been relatively little work on tailings, and none included shaking table testing (to the knowledge of the Author). The project presented in this Masters' thesis aims to improve our knowledge of the factors that lead to liquefaction of tailings in order to reduce the risks. To do so, tests were completed in the laboratory using a shaking table. Nine tests were conducted using an aluminum box with a plan surface of one square meter, with a height of 75 cm. One test was done on sand, and eight others on tailings. Of the latter, three were completed on tailings only, three were done with a cylindrical inclusion (rigid and/or draining) in the tailings and two were conducted with a continuous draining inclusion across the tailings.