Caractéristiques des éprouvettes

Trois différents résidus miniers ont été utilisés pour la réalisation des essais de flexion à quatre points sur des éprouvettes partiellement saturées. Ces trois résidus, identifiés Malartic, Goldex et Bulyanhulu (classifiés comme des silts non plastiques ML) ont des propriétés de base assez semblables, tel que présentées au chapitre 3.

Les spécimens prismatiques ont été élaborés selon la méthode développée par Saleh-Mbmeba (2010), qui est décrite à la section 3.2.4. Pour une même série d’essais, chaque résidu a été préparé dans des conditions initiales similaires afin d’avoir des spécimens avec les mêmes caractéristiques (i.e. e, n, ρd). L’uniformité des éprouvettes, à l’égard de la teneur en eau de l’essai w, a été évaluée en utilisant les résidus Malartic et Goldex.

Près de 50 éprouvettes du résidu Malartic et de 50 éprouvettes de Goldex et Bulyanhulu ont été élaborées afin de compléter l’étape expérimentale de ce projet. Même si la teneur en eau initiale w0 des échantillons du même résidu (de la même série d’essais) est similaire, il n’est pas évident d’obtenir des spécimens (non saturés) à différents degrés de saturation et avec le même indice des vides final e. Ainsi, seulement les résultats obtenus sur des éprouvettes avec des propriétés similaires sont montrés ici. Les résultats des essais sur des échantillons non conformes n’ont pas été pris en compte lors des analyses et ne font pas partie de ce mémoire.

On a aussi voulu évaluer l’effet de l’indice des vides de l’essai e (e peut dépendre de la teneur en eau initiale w0 et de l’indice des vides initial e0 de l’éprouvette) sur la résistance en traction non saturée. Lors du processus d’assèchement, l’indice des vides e (= es) devrait demeurer constant pour des valeurs de Sr plus faibles que le degré de saturation correspondant à la limite de retrait (ws), tel que montré par Saleh-Mbemba (2010). Selon ces travaux, cette limite de retrait est proche de la teneur en eau wa à la pression (valeur) d’entrée d’air ψa pour laquelle Sr est très proche de 100%. Sur la base des travaux de Saleh-Mbemba (2010), on suppose que l’indice des vides de l’essai e est constant pour toutes les éprouvettes d’un même résidu non saturé, préparé à la même teneur en eau initiale w0 (rappelons que tous les essais de flexion ont été menés sur des éprouvettes avec un Sr ≤ 90%). On suppose également que cet indice des vides e est l’indice des vides minimal durant la phase de dessiccation.

Trois séries d’essais de flexion ont été effectuées sur les résidus Malartic (Osisko) et deux séries d’essais sur les résidus Goldex, préparés à différentes teneurs en eau initiale w0. Les résidus Malartic ont aussi été soumis à un processus de lavage, tel que décrit à la section 3.2.2. Les éprouvettes de résidus ‘lavés’ ont été testés afin d’évaluer l’influence des caractéristiques de l’eau interstitielle. En résumé, il y a 3 séries de 16, 5 et 6 échantillons de résidus Malartic (Séries Ma- 40, Ma-50, Ma-35) préparées à une teneur en eau initiale (avant l’assèchement) de 40 %, 50 % et 35 % respectivement. Les résidus Malartic lavés ont été utilisés pour préparer 7 spécimens (série

Ma(L)-39). On a aussi deux séries, de 8 et 17 spécimens préparés avec les résidus Goldex (séries Go-39 et Go-33) avec des teneurs en eau initiales w0 de 39% et 33% respectivement, et une série de 8 échantillons de résidus Bulyanhulu avec une teneur en eau w0 = 42% (Série Bu-42). Les spécimens de résidus Malartic préparés à une teneur initiale w0 = 35 % (série Ma-35) ont aussi servi pour évaluer le comportement bimodulaire de ce matériau à l’état non saturé, sur la base des mesures du déplacement aux fibres inférieures et supérieures. De plus, les spécimens prismatiques testés lors de séries d’essais de flexion Go-39 et Ma(L)-39 ont été utilisés pour vérifier leur uniformité.

La figure 4–1 présente le moule utilisé pour préparer les spécimens ainsi qu’une éprouvette après assèchement. Sur la figure de gauche, on voit clairement que l’échantillon a subi un retrait longitudinal et latéral. Ce retrait est toutefois non uniforme; c’est pour cela que les mesures des dimensions ont été prises à trois points différents (extrémité gauche, centre et extrémité droite). Les valeurs moyennes de trois mesures de longueur, largeur et épaisseur ont été utilisées pour le calcul du volume final de chaque éprouvette. Ces valeurs sont présentées à l’annexe 4.1.

Dans le but d’obtenir une relation σt vs. Sr (ou w) représentative, on a visé une large plage de teneurs en eau (0 % < Sr <100 %). Le protocole de préparation utilisé permet la manipulation des éprouvettes non saturées, en présence de forces de succion créée entre les grains des résidus. Ce n’est toutefois pas le cas pour des éprouvettes avec des degrés de saturation très élevés. Les éprouvettes de résidus à Sr > 90% environ n’ont pas une résistance suffisante et elles s’affaissent au moment de les enlever des moules. Cela indique que la résistance en traction de ces résidus miniers (à Sr ≥ 90%) est pratiquement nulle. Ce n’est toutefois pas le cas à l’état sec (Sr ≈ 0). Certaines éprouvettes ont été laissées à l’air durant 15 jours (ou plus) et mises au four à 105°C par la suite; le degré de saturation le plus faible variait entre 0,1 % et 2,5 % (pour les trois résidus analysés).

Figure 4–1 : Préparation d’une éprouvette pour l'essai de flexion sur les résidus miniers non saturés.

La teneur en eau finale w des éprouvettes testées varie entre 0,1 % (Sr = 0,2 %) et 27 % (Sr = 89,7 %) pour les résidus Malartic; entre 0,1 % (Sr = 0,2 %) et 21,7 % (Sr = 82,7 %) pour les résidus Goldex; et entre 0,4 % (Sr = 1,4 %) et 22,1 % (Sr = 80,7 %) pour les résidus Bulyanhulu. La géométrie et les propriétés de base initiales et finales de chaque éprouvette (avant et après l’assèchement) sont présentées à l’annexe 4.1. Ces valeurs montrent que les propriétés finales (i.e indice des vides e et porosité n) sont pratiquement les mêmes pour chaque éprouvette dans une série d’essais. Cela facilite la comparaison des résultats.

La teneur en eau finale w (de l’essai) a été mesurée selon la procédure décrite à la section 3.2.6. L’indice des vides e, la porosité n, la densité (masse volumique) sèche ρd (et humide ρhum, kg/m3₎ et le degré de saturation Sr (%) ont été évalués selon les équations 3–5 à 3–11. Une valeur de l’accélération de gravité g = 9,81 m/s2 _{a été utilisée. Les valeurs de densité relative des grains} (gravité spécifique) Dr des différents matériaux sont fournies au tableau 3–2.

Pour la série d’essais Ma-40 sur les résidus Malartic (w0 = 40% et e0 = 1,0), les valeurs finales de l’indice des vides e et de la porosité n des échantillons sont d’environ 0,84 et de 0,46 respectivement, ce qui correspond à une masse volumique sèche ρd de 1500 kg/m3_{. Pour la série} d’essais Ma-50 (w0 = 50 % et e0 = 1,3), l’indice des vides final e est 0,93, la porosité finale n est 0,48 et une masse volumique sèche ρd est de 1430 kg/m3 en moyenne. Pour les spécimens de résidus Malartic avec une teneur en eau initiale w0 = 35% et e0 = 0,87 (série Ma-35), les valeurs

finales de e, n et ρd sont de 0,76, 0,43 et 1560 kg/m3 respectivement. Les éprouvettes de la série Ma(L)-39 effectuée sur des résidus lavés préparés à une teneur en eau initiale w0 = 39% et e0 = 1,0 présente des valeurs finales de l’indice des vides e, de la porosité n et de la densité sèche ρd de 0,84, 0,46 et 1490 kg/m3 respectivement. L’indice des vides final des séries d’essais Ma-50 et Ma-35 montre donc une augmentation ou une diminution de ±10% par rapport à la valeur de référence de la série Ma-40 (e =0,84). Les masses volumiques sèches ρd des séries Ma-50 et Ma- 35 équivalent à une diminution ou à une augmentation (respective) de 5% de ρd par rapport à la valeur de référence (i.e. ρd = 1500 kg/m3). Les valeurs de e, n et ρd obtenues pour la série Ma- (L)-39 sont les mêmes que celles de la série de référence Ma-40. Rappelons que la masse volumique sèche ρd maximale de ce résidu est de l’ordre de 1720 kg/m3 (obtenue à l’essai Proctor) et l’indice des vides minimal emin est de 0,60, selon les travaux de L-Bolduc (2012). Pour une teneur en eau initiale w0 = 40%, un indice des vides final e = 0,77 et une limite de retrait ws = 27,4% ont été mesurés par Saleh-Mbemba (2010).

Pour la série Go-39 sur les résidus Goldex (w0 = 39% et e0 = 1,0), l’indice des vides final e et la porosité finale des spécimens sont de 0,79 et 0,44; la masse volumique sèche finale est d’environ 1550 kg/m3_{. Pour les spécimens de la série Go-33 (avec w0 = 33% et e0 = 0,84), on obtient un} indice des vides final e ≈ 0,74 et une porosité n ≈ 0,42, avec une densité sèche ρd ≈ 1600 kg/m3_. Un indice des vides minimal emin = 0,48 et une masse volumique sèche maximale ρdmax = 1870 kg/m3 _{ont été déterminés selon des essais Proctor sur ces résidus (Pabst, 2011). Pour une teneur} en eau initiale w0 = 32% (et e0 = 0,89), un indice des vides final e = 0,69 et une limite de retrait ws = 24,8% ont été obtenus des essais menés par Saleh-Mbemba (2010).

Enfin, les éprouvettes de résidus Bulyanhulu de la série Bu-42 (w0 = 42% et e0 = 1,2) montrent un indice des vides final e = 0,81 et une porosité finale n = 0,45, correspondant à une masse volumique sèche ρd = 1620 kg/m3_{. Les résultats des essais de retrait sur ces résidus, menés par} Saleh-Mbemba, ont fourni un indice des vides final e = 0,62 et une limite de retrait ws = 21,7% à une teneur en eau initiale w0 = 38,7% (et e0 = 1,11). L’essai Proctor donne ρmax = 1950 kg/m3 _et emin = 0,5 (wopt = 14%).