Avantages techniques du remplacement du sable naturel par du sable fabriqué dans la construction de décharges

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6444 (2023) Citer cet article

1031 Accès

1 Citation

Détails des métriques

Les ruptures de glissement en translation dans les décharges sont souvent déclenchées par une résistance au cisaillement inadéquate des interfaces des revêtements et des couvertures. Les revêtements d'argile géosynthétiques (GCL) sont utilisés dans différents composants des décharges pour contenir le lixiviat. Les GCL sont généralement placés au-dessus d’un sol de fondation en sable compacté pour développer une plus grande résistance au cisaillement. Dans le contexte de l'épuisement des ressources naturelles en sable, la présente étude explore la faisabilité du remplacement du sable naturel par du sable manufacturé (Msand) dans la construction de décharges. Des tests de cisaillement d'interface ont été effectués sur du GCL en contact avec du sable de rivière et du sable de granulométrie similaire pour évaluer la résistance au cisaillement à différentes contraintes normales et conditions d'hydratation. Il a été constaté que le Msand offre une résistance au cisaillement d'interface plus élevée avec le GCL que le sable de rivière. L'analyse d'images numériques d'échantillons testés de GCL a montré que la variation de la morphologie des particules des deux sables a une influence directe sur les mécanismes d'interaction au niveau micro qui régissent la résistance au cisaillement. La quantification des paramètres morphologiques a montré que les particules de sable Msand sont angulaires et rugueuses par rapport aux particules de sable naturel, ce qui conduit à un imbrication plus importante des particules. L'hydratation du GCL a réduit la résistance au cisaillement de l'interface, l'effet étant moindre dans le cas du Msand. L'étude souligne que le remplacement du sable naturel par du Msand présente des avantages supplémentaires.

Les revêtements d'argile géosynthétiques (GCL) sont des géocomposites polymères utilisés pour contenir des éléments nocifs pour l'environnement tels que les lixiviats dans les décharges techniques afin de les empêcher de pénétrer dans le sol et éventuellement de contaminer les eaux souterraines. Les GCL comprennent de l'argile bentonite en combinaison avec des matériaux polymères tels que des géomembranes et des géotextiles. La bentonite est soit collée à la géomembrane, soit encapsulée entre deux géotextiles, aiguilletés ou cousus. Les GCL constituent un remplacement idéal des revêtements en argile compactée (CCL) conventionnels en raison de leurs propriétés hydrauliques efficaces, de leur capacité d'auto-guérison, de leur rentabilité et de leurs avantages en matière de facilité d'installation1,2,3. Les GCL présentent plusieurs avantages par rapport aux CCL en termes d'assurance qualité, d'épaisseur réduite des couches, de durabilité au gel et au dégel, d'accessibilité facile et de vitesse de construction améliorée4,5. Les GCL avec des géotextiles tissés ou non tissés sont couramment utilisés pour former des interfaces avec d'autres géosynthétiques et matériaux de fondation. L'emplacement des GCL dans les revêtements et les systèmes de couverture est illustré sur la figure 1, dans laquelle les GCL sont en contact avec des couches de sable à divers endroits. L'inhomogénéité du revêtement et des couvertures des décharges entraîne des ruptures sous les contraintes normales et les contraintes de cisaillement imposées par le déversement de déchets et d'autres conditions particulières comme les tremblements de terre. La principale cause de rupture des revêtements avec GCL est la rupture par glissement translationnel due à une résistance au cisaillement insuffisante aux interfaces GCL-sable, les risques étant plus élevés en cas de terrains en pente. Une évaluation précise de la résistance au cisaillement de l'interface des GCL est nécessaire pour contrôler le glissement et autres instabilités mécaniques des décharges.

Diagramme schématique d’une décharge technique.

La littérature sur différents tests d'interface effectués à l'aide d'une boîte de cisaillement directe conventionnelle révèle que le développement du frottement et de l'adhésion entre les couches en interaction est régi par plusieurs interactions au niveau micro6,7,8,9. Les progrès technologiques ont facilité l’étude des mécanismes d’interaction qui affectent le comportement de cisaillement des interfaces au niveau micro. Les chercheurs ont exploré l'effet de la taille et de la forme des particules de sable sur le comportement de l'interface avec différents types de renforts. La taille des grains de sable combinée aux caractéristiques de rugosité du renfort contrôle la résistance au cisaillement de l'interface10,11,12,13. Au cours de leur fonctionnement en décharge, les GCL s'hydratent en raison de leur exposition au lixiviat ou aux précipitations infiltrantes, provoquant le gonflement de la couche de bentonite encapsulée. Le gonflement de la bentonite peut réduire considérablement la résistance au cisaillement de l'interface. L'extrusion et le gonflement latéral de la bentonite dépendent de la texture de surface du GCL14,15,16.