vers une optimisation de la conception structurale des cours...

Ateliers–Conférences CIFQ sur le séchage du bois

Québec, 16 avril, 2015

Vers une optimisation de la conception structurale des cours d’usines et voies d’accès

Glen Légère, ing.f., M.Ing, Gestionnaire de recherche

Papa Masseck Thiam, ing., M.Sc., Chercheur

Groupe routes d’accès – Opérations forestières

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Plan de la présentation

� FPInnovations et notre expertise en voirie

� Contexte et problématique des cours d’usines

� Résumé de recherche bibliographique

� Objectifs de recherche

� Projets en cours et solutions possibles

� Perspectives futures et Conclusions

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FPInnovations

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Pâtes, papiers et bioproduits

Centre canadien sur le fibre de bois

(CCFB) SCF

Opérations forestièresProduits du bois

Groupe

Routes d’accès


Expertise : Groupe routes d’accès

� Évaluation d’équipements de construction

� Entretien des infrastructures

� Inspection de sécurité routière

� Contrôle de sédiments et d’érosion

� Milieux humides

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Expertise: Groupe routes d’accès

� Expertise en mécanismes de détérioration

� Analyse et conception (modélisation, charges hivernales et restriction printanière)

� Expertise en renforcement géosynthétique et stabilisation chimique

� Réhabilitation et entretien d’infrastructures

� Analyse de coûts de cycle de vie

Conception structurale


Contexte et problématique des cours d’usines et voies d’accès

� Zones ciblées:▫ Voies (routes) d’accès

▫ Zones de chargement et déchargement

▫ Sites d’entreposage (peut inclure produits finis)

▫ Entrées d’usine, etc.

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Contexte et problématique des cours d’usines et voies d’accès

� Les enjeux:▫ Environnemental (contamination)

▫ Hydraulique (présence cours d’eau à proximité, drainage, etc.)

▫ Géologique (disponibilité de matériaux de construction)

▫ Mécanique (trafic, type de chargement, etc.)

▫ Géotechnique (historique de conception structurale, capacité portante des sols supports, etc.)

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Contexte et problématique des cours d’usines et voies d’accès� Problématiques

▫ Faible capacité portante des sols supports

▫ Matériaux de construction

▫ Accumulation de débris (contamination de la surface)

▫ Gel-dégel

▫ Drainage

▫ Géométrie

� Les conséquences

▫ Perte de productivité des équipements

▫ Problèmes d’entreposage des bois (logistique, saison)

▫ Coûts d’entretien élevés

▫ Impacts sur la qualité des bois transformés

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Recherche bibliographique

� Très peu de documentation sur le design structural de cours d’usines

� Une bonne partie des règles d’art utilisées pour la conception des routes peut être adaptée

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Couche de roulement

Fondation

Sol d’infrastructure


Quelques comparaisons usine/route

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Route Cours d’usine

Structure Multi couche Multi couche

Drainage Simple Complexe

Type chargement Dynamique Statique + Dynamique

Contamination de la surface Très peu(sablage d’hiver)

Très problématique et cumulatif

Mouvement de véhicules (trajet) Concentré Très variable

Période d’utilisation souhaitée 12 mois 12 mois

Vitesse de déplacement Élevée Lente

Tolérance à une surface de roulement rugueuse

Faible ?

Logistique de transport (déplacements) Simple Complexe


Objectifs de nos recherches et projets

� Apporter un soutient technique à nos membres

� Développer/adapter des solutions de conception structurale et de drainage:▫ Efficaces, fiables et à long terme

▫ Faciles de mise en place

▫ Respectant les différentes exigences environnementales

▫ Permettant une exploitation optimale de la cours, indépendamment de la période de l’année

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Projets en cours et solutions possibles

Stabilisation mécanique (géosynthétiques)

� Réhabilitation de la cours d’usine chez Tembec (Chapleau, Ont.)

Stabilisation chimique

� Stabilisation à l’aide de cendres volantes « flyash » et ciment chez Tolko (Meadow Lakes, Sask.)

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Stabilisation mécanique Tembec

Objectifs

• Améliorer productivité et mouvement des véhicules

• Augmenter fiabilité des accès à la cours

• Améliorer zone de stockage

• Améliorer performance long terme

• Réduire coûts d’entretien

Description projet

• Investigation in situ et en laboratoire

• Estimation trafic et types de chargement

• Design structural avec renforcement géosynthétique

• Analyse de coût de cycle de vie pour déterminer les meilleures solutions de réhabilitation

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Disposition de la cours d’usine� Problèmes de drainage et de portance

� 6 puits de forage à une profondeur maximale de 2 m

� Caractérisation des matériaux

� Utilisation historique de sable fin comme remblai

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24

6 5

1

3


Produits géosynthétiques

� Estimation trafic annuel = 22 400 véhicules

� 3 modèles de conception:▫ AASHTO

▫ SpectraPave

▫ Tencate Mirafi

� CBR infrastructure = 10

� CBR fondation = 40

� Utilisation mensuelle de la niveleuse

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Conception structurale



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Conception 1 Conception 2 Conception 3

Géotextile tissé Géogrille Tri-axiale

Fonctions:

� Renforcement

� Confinement

Fonctions:

� Séparation

� Filtration

� Renforcement

� Confinement

� Drainage

Géo-cellule perforée

Fonctions:

� Renforcement

� Confinement

� Drainage



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� Une structure non-renforcée aurait une fondation de 500 mm

� La couche de roulement n’est pas considéré comme couche structurale

Conception 1Geocell + geotextile

de séparation

organique

100 mm

100 mm

infrastructure

Granular A

sable

Géotextile séparation

geocell

Granular B

Conception 2Geotextile de renforcement

100 mm

300 mm

Granular A

Granular B

sable

Géotextile de renforcement et

séparation

infrastructure

Conception 3Géogrille Tri-axiale

+ géotextileséparation

100 mm

150 mm

Granular A

Granular B

sable

Géotextile séparation

Géogrille Tri-axiale

infrastructure



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Exemple d’analyse de coût

Coût ($/m²)

Matériaux Conception 1Géo-cellule

Conception 2Géotextile derenforcement

Conception 3Géogrille

Granulat A (Surface roulement) 1,30 1,30 1,30

Granulat B (Fondation) 1,30 3.90 1,95Sable 0,13 - -Renforcement 10,00 5,75 4,80Géotextile de séparation 1,00 - 1,00

Coût de transport du sable 0,95 - -

Total 14,68 10,95 9,05

� Exclus coûts de transport, construction, supervision et nettoyage des résidus de surface


Stabilisation chimique� Stabilisateurs utilisés pour

améliorer le comportement hydraulique et mécanique des sols (portance, résistance au cisaillement, sensibilité à l’eau)

� Bénéfices: réduire l’épaisseur des granulats et sensibilité à l’eau eau, utilisation de matériaux locaux, support à long terme, etc.

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Stabilisation chimique� Quatre additifs

� Enrobé bitumineux

� Ciment Portland

� Chaux

� Cendre volantes (classes C et F d’usine de charbon)� Classe F a besoin d’un agent d’activation (ciment ou chaux)

� Classe C s’auto-active

� La stabilisation chimique est plus adéquate pour les sols cohérents, mais bénéfique pour matériaux pulvérulents

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� La minéralogie des sols et leur caractérisation physique essentiels pour le choix d’additifs

� Éléments à considérer: Teneur fine, teneur en argile, pH, composition organique, IP, Teneur en sulfate.

� Très faible teneur en argile

� Présence importante d’organiques

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Étude géotechnique - Tolko

Valeurs moyennes

Gravier 23 %

Sable 48 %

Fines (silt et argile) 29 %

Matériaux organiques Couche en surface

Indice de plasticité (IP) Très faible

Classification (USCS) Sable silteux / Sable argileux

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Stabilisation chimique – Sélection

Essai granulométrique

etLimites d’Atterberg

Sols infrastructure

>25 % passant le tamis 200 (80 microns)

IP<15 IP>3515<IP<35

CimentAsphalte (IP <6)

Chaux-Fly Ash (FS)

ChauxChaux-Ciment

Chaux-Fly Ash (FS)Fly-Ash (CS)

Ciment

Chaux-CimentChaux

Chaux-Fly Ash (FS)


� Cendres volantes chez Tolko: Teneur élevée en aluminium, calcium, magnésium, potassium et sodium

� À cause de faible IP des sols, l’utilisation des cendres seules n’est pas recommandée

� Un mélange de cendres volantes avec avec autre additif (p.ex., ciment) est à considérer

� Essai supplémentaires nécessaires

� Essais en laboratoires nécessaires pour obtenir mix approprié

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Stabilisation chimique


Stabilisation chimique – Essais Tolko

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Mélange avec disques et compactage

Profilage

Cendres volantes et Ciment Portland


Perspectives futures

� Continuation d’investigation (visites de terrains)

� Recherche collaborative

� Analyse des performances

� Création de guide de conception structurale, drainage et entretien

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Conclusions

� Chaque usine présente des conditions et besoins différents

� Les coûts de stabilisation sont très variables

� Les choix de solutions possibles sont grands▫ Infrastructure et fondation

- Matériaux en place

- Matériaux granulaires importés

- Géosynthétiques

- Stabilisation chimique, etc.

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Conclusions

� Couche de roulement▫ Gravier (non-revêtue)

▫ Asphalte $$- Mécanisme

d’endommagement plus complexe

▫ Béton compacté au rouleau (BCR) $$$

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Conclusions

� La conception structurale dépend des charges, volume de trafic et type de matériaux

� L’entretien de la surface joue un rôle important sur la performance

� Un système de drainage efficace est nécessaire▫ Fossés et canaux de déviation

▫ Drains français

▫ Ponceaux de drainage

� Une analyse coût-bénéfice est nécessaire▫ Productivité des équipements dans la cours

▫ Impact sur la qualité du bois transformé

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