Évaluation de la dessiccation, du retrait et de la fissuration de matériaux silteux peu plastiques

Les sols à granulométrie fine sont souvent caractérisés par une tendance à la contraction volumique lorsque soumis à des succions élevées. La diminution de volume, liée à celle de la teneur en eau, peut se traduire par la formation des fissures de dessiccation. Les résidus des mines en roches dures sont des matériaux à particules fines, qui sont susceptibles d'interagir avec l'environnement. La gestion efficace des problèmes hydrogéologiques et environnementaux que peuvent poser les dépôts des résidus miniers nécessite une étude de leur comportement lors de la dessiccation, du retrait, et du processus de formation des fissures. Un certain nombre d'études sur le phénomène de retrait et de fissuration a été réalisé sur des matériaux argileux. Cependant, les propriétés des résidus miniers diffèrent de celles des argiles. Les résidus des mines en roche dures sont classifiés comme des matériaux silteux de faible plasticité. Ce projet vise une meilleure compréhension des facteurs qui influencent les processus de retrait et de fissuration des résidus des mines en roches dures et autres matériaux analogues. La première phase de cette étude a consisté à effectuer des essais de retrait sur divers résidus ayant des teneurs en eau de mise en place variées. Deux types d'essais de retrait ont été menés : des essais de rétention d'eau en cellule de pression (qui est un type d'essai de retrait contrôlé) et des essais de retrait libre dans des moules d'épaisseurs variables, dans des conditions de température, d'humidité et d'évaporation de laboratoire. Ces moules sont conçus de sorte que l'essai se fasse en condition non drainée ; l'évaporation est le seul processus de perte en eau lors du processus de dessiccation. Ceci permet de produire une situation où le drainage des résidus est insignifiant devant le taux d'évaporation. L'essai de retrait avec les moules se fait aussi sans contraintes frictionnelles ou de cisaillement sur les parois. La comparaison des résultats (entre essais de retrait et essais de rétention d'eau) permet une meilleure caractérisation de la réponse des résidus en phase de désaturation. Les principaux résultats obtenus se traduisent par différentes relations hydrauliques non saturées (dont la courbe de retrait et la courbe de rétention d'eau), avec les paramètres qui en découlent. On a effectué des essais de retrait en considérant différentes teneurs en eau initiales pour chacun des matériaux testés.

Abstract

Fine-grained soils are often characterized by a tendency to shrink when subjected to a high suction. The decrease of the specific volume is related to a water content reduction, and this may result in the formation of desiccation cracks. Tailings from hard rock mines are fine-grained materials that tend to interact with the environment when exposed to natural conditions. The effective management of hydrogeological and environmental issues that may arise from tailings impoundment requires an understanding of their behavior during drying, shrinkage, and cracking. A number of studies have been carried out on compressible clayey materials to assess their shrinkage behavior. However, the properties of fine-grained tailings classified as low plasticity materials differ from those of clayey soils. This project aims at evaluating the factors that influence the process of desiccation, shrinkage and cracking of low plasticity silts, with an emphasis placed on tailings from hard rock mines. In the first phase of this study, shrinkage tests were conducted on various tailings. Two main types of shrinkage tests were conducted in the laboratory: water retention tests using a pressure plate apparatus and free shrinkage tests in moulds of varying thicknesses. For the latter, the moulds and procedures were designed so that the tests are conducted with no (or little) drainage of the sample; this makes evaporation the key process that controls water loss during drying. The shrinkage tests are performed on samples resting on a thin plastic film that practically eliminates frictional (shear) stresses on the walls of the mould. Comparing results from shrinkage tests and water retention tests shows a good correlation, while the two combined approaches gives a fairly complete characterization of the response of tailings undergoing desaturation. The main results are presented in the form of different hydrogeotechnical relationships, which include the well known shrinkage curves and the water retention curves, with the resulting characteristic parameters. The shrinkage tests were conducted using different initial water contents to assess the effect of this factor on each tested material, which included the Bulyanhulu mine (Tanzania) tailings (as the reference material) and four other types of tailings.