Vers une optimisation de la conception structurale des cours …partenariat.qc.ca/wp-content/uploads/2016/09/... · 2016. 9. 21. · Conception de chaussées non revêtues, chaussées

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

Chercheur-Groupe routes et infrastructures – Opérations forestières

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

d’accès

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Plan de la présentation Contexte et problématique des cours d’usine

de sciage Résumé de recherche bibliographique

Raison d’être et objectifs de projet

Solutions possibles (Étude de cas)

Perspectives futures

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Mise en contexte et problématique

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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

Dépendent souvent de: ▫ L’âge de l’usine ▫ Lieu géographique ▫ Solutions temporelles entremises

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

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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Résumé recherche bibliographique

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Recherche bibliographique Projets antérieurs Documentation bibliographique

▫ Conception de chaussées non revêtues, chaussées industrielles, voies ferroviaires

▫ Conception géométrique ▫ Drainage routier, drainage de voies ferroviaire, etc. ▫ Logistique de transport de cours d’usine

Conversation téléphonique ▫ Compagnies manifestant intérêt pour projet (visites

potentielles au printemps)

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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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Quelques comparaisons usine/route

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Route Cours d’usine

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 12 mois 12 mois

Accès au public Oui Non (très restreint)

Vitesse de déplacement Élevée Lente

Tolérance à une surface de roulement rugueuse

Faible ?

Logistique de transport (déplacements)

Simple Complexe


Objectifs et raison d’être projet

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Objectifs de nos recherches et projets

Apporter un soutien 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 normes environnementales ▫ Permettant une exploitation optimale de la cour

indépendamment de la période de l’année

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Plusieurs interactions avec membres

Membres ont suscité intérêts non négligeables

Défis similaires

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Membre Zone Description des défis Tembec Chapleau Drainage

Contamination sévère Faible sol support

Situation géographique Contexte géologique

Absence de matériaux de qualité . . . .

Tolko Meadow Lake Eacom Ear Falls

Millar Western Fox Creek Norbord Grande Prairie

Alberta Plywood Slave Lake

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Solutions possibles

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Solutions possibles

Stabilisation chimique Renforcement mécanique à l’aide de

matériaux géosynthétiques

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Stabilisation chimique

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Stabilisateurs utilisés pour améliorer comportement hydraulique et mécanique des sols (portance, résistance cisaillement, sensibilité eau)

Bénéfice stabilisation: réduire épaisseur granulats et

sensibilité eau, utilisation matériaux locaux, support à long terme, etc.

4 méthodes de stabilisation: thermique, électrique, mécanique

et chimique ▫ Mécanique et chimique sont les plus utilisées

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Stabilisation chimique comporte 4 additifs Enrobé bitumineux Ciment Portland Chaux Fly Ash (C & F). Fly ash classe F a besoin d’un agent d’activation

(ciment ou chaux). Classe C s’auto-active.

Stabilisation chimique plus adéquate pour sols cohérents à faible plasticité, mais bénéfique pour matériaux pulvérulents

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Sol d’infrastructure est-il propice à la stabilisation chimique? Guide Texas DOT (Texas department of transportation)

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• Sols >25% passant tamis #200 et faible IP (<15)

• Ciment = meilleure

option pour ces sols

• Même avec teneur fine élevées (>25%), la faible quantité argile et teneur élevée en organiques présentent un défi de stabilisation chimique

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• À cause de faible IP des sols, l’utilisation de fly ash n’est pas recommandée

• Cependant, mix fly ash avec autre additif (ciment) est à considérer

• Essais supplémentaires nécessaires

• Essais en laboratoires nécessaires pour obtenir bon mix

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Renforcement mécanique

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Charge pneu

Géotextile

Infrastructure mou

Épaisseur gravier

Fonction de séparation

Élimine la contamination du gravier avec le matériau mou sous-jacent

Charge pneu



Charge pneu

Gravier

Géosynthétique

Infrastructure très mou (CBR <3)

Tension membrane

Renforcement (membrane de support)

Réduit grandement les déformations lorsque les épaisseurs de matériaux de construction sont faibles et/ou le sol d’infrastructure est très mou


Renforcement (Support latéral)

Interlock: Réduit les mouvements latéraux du gravier Géotextile tissé: Friction Confinement (Géogrille): Plan de confinement uniforme de

la couche de fondation qui réduit l’orniérage


Renforcement (Augmentation capacité portante)

Effet “Snow-shoe” avec géogrille Augmentation du cône de distribution des contraintes

Géogrille

Charge pneu


Options de renforcement géosynthétiques

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Modèle 1

Modèle 2 Modèle 3

Géotextile de renforcement Géogrille

Fonction: Renforcement Confinement

Fonction: Séparation Filtration Renforcement Confinement Drainage

Géocellule perforée

Fonction: Renforcement Confinement Drainage


Étude de cas Réhabilitation de la cour Tembec à

Chapleau (Ontario) par renforcement mécanique

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Réhabilitation de la cour Tembec Objectifs • Améliorer productivité

mouvement de véhicules • Augmenter fiabilité des accès

à la cour • Améliorer stockage • Améliorer performance long

terme • Réduction coûts d’entretien

Description projet • Investigation in situ et en laboratoire • Estimation trafic et types de chargement • Design structural avec renforcement

géosynthétique • Analyse de coûts de cycle de vie pour

déterminer meilleure solution de réhabilitation

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Réhabilitation de la cour Tembec Investigation géotechnique 6 puits de forage à une profondeur maximale de 2m Identification visuelle et en laboratoire des matériaux Utilisation historique de sable fin de remblai Problèmes de drainage

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2 4 6 5

Légendes Puits forages

1

3


Réhabilitation de la cour Tembec

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Conception structurale

Estimation trafic

Trafic annuel = 22,400 véhicules

Paramètres de conception 3 modèles de conception: AASHTO, SpectraPave,

Tencate Mirafi

CBR infrastructure = 10

CBR fondation = 40

Utilisation mensuelle de niveleuse



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Options de renforcement géosynthétiques Modèle 1

Modèle 2 Modèle 3

Tencate RSi Series Tensar Triaxial geogrid

Fonction: Renforcement Confinement

Fonction: Séparation Filtration Renforcement Confinement Drainage

Perforated geocell

Fonction: Renforcement Confinement Drainage



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Résumé de conception

Une structure non renforcée aurait épaisseur fondation de 500mm Granular A (surface roulement) non considéré dans la conception

Modèle 1 (Geocell+geotextile

séparation)

organique

100 mm

100 mm

infrastructure

Granular A

sable

Géotextile séparation

geocell

Granular B

Modèle 2 (geotextile

renforcement)

100 mm

300 mm

Granular A

Granular B

sable

Géotextile de renforcement et

séparation

infrastructure

Modèle 3 (Triaxial

geogrid+géotextile séparation)

100 mm

150 mm

Granular A

Granular B

sable

Géotextile séparation Triaxial geogrid

infrastructure



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Exemple d’analyse de coûts-bénéfices

Conception 1 Conception 2 Conception 3

Matériaux Perforated geocell + géotextile séparation

Géotextile renforcement

Triaxial geogrid +geotextile séparation

coût ($/m²)

Granular A (Surface roulement) 1.30 1.30 1.30

Granular B (Fondation) 1.30 3.90 1.95 Sable 0.13 0 0 Renforcement 10.00 5.75 4.8 Géotextile séparation 1.00 0 1.00

Coût de transport du sable 0.95 0 0

Coûts préliminaires ($/m2) 14.68 10.95 9.05


Réhabilitation de la cour Tembec Qu’est-ce qui a été accompli? Design 2 choisis.

Effectué en Août 2016

6000 mètres carré de surface réhabilitée

1 semaine de travail

Excavation moins profonde que prévue

Compaction effectuée par rouleau compacteur vibrant

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Réhabilitation de la cour Tembec Qu’est-ce qui a été accompli? Utilisation d’un géotextile de

renforcement et séparation à la base de l’infra

Profilage géométrique Remblayage de 300mm de

matériaux de fondation (Granular B)

Remblayage de 150 mm de matériaux de surface de roulement (Granular A)

Compaction par « lift » de 150mm (Vérification densité)

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100 mm

300 mm

Granular A

Granular B

sable

Géotextile de renforcement et séparation

infrastructure


Réhabilitation de la cour Tembec Drainage Système proposé simplifié

▫ Surface de réhabilitation beaucoup plus petite que prévue

Absence de bassins de rétention et drains français Mise en place de couronnes, pentes et devers vers

les fossés pour favoriser drainage latéral Remplacement de tous les ponceaux et amélioration

fossés 39




Réhabilitation de la cour Tembec Conclusion Satisfaction des opérateurs de machinerie Drainage et capacité portante augmentés

considérablement Augmentation considérable de vitesse de

déplacement sur cour (Attention!!!)

3 défis à prévoir La cours pourra t’elle être gardée exempte de

matériaux organiques? Programme d’entretien en place? Comment se comportera la cour au printemps?

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▫ Continuation d’investigation (Visites de terrain) ▫ Recherche collaborative

- Collaboration avec groupe de modélisation FPI - Intégration de la conception structurale et géométrique

avec l’optimisation de la logistique de transport (FPDat, FPDat Niveleuse)

- Optimisation du flux - Potentiel d’implantation

▫ Analyse des performances ▫ Création guide de conception structurale, drainage

et entretien 44

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