13 déc., 2021

Analyse des contraintes et des déformations dans les parcs à résidus miniers soumis à des charges dynamiques

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Dans le secteur de l’exploitation minière, bon nombre d’infrastructures ont été construites et exploitées au Canada et dans le monde, et il est courant d’analyser la stabilité de leurs parcs à résidus. Cependant, les analyses sont difficiles à mener lorsque les parcs sont soumis à des charges dynamiques, comme des séismes et des explosions.

Dans les régions à faible risque, la stabilité dynamique des aires d’entreposage des résidus est généralement évaluée à l’aide de la méthode pseudostatique. Cette méthode simplifiée permet d’obtenir des résultats de façon rapide. Cependant, selon une analyse fondée sur la méthode de l’équilibre limite, la méthode pseudostatique tend à trop simplifier la réaction dynamique des résidus miniers qui sont susceptibles de se liquéfier. En août 2020, à la suite de plusieurs défaillances catastrophiques de barrages de résidus dans le monde (par exemple, Mont Polley au Canada et Fundão et Brumadinho au Brésil), une nouvelle Norme industrielle mondiale pour la gestion des résidus miniers (GISTM 2020) a été établie fondée sur des critères de conception sismique plus rigoureux.

Dans ce contexte, BBA offre une approche avancée basée sur l’analyse des contraintes et des déformations, en vue de traiter notamment les problèmes de stabilité des parcs à résidus qui sont soumis à des charges dynamiques.

  1. Approche

    Raisonnement

    Le secteur minier canadien s’engage à respecter l’environnement et le public, ce qui oblige les intervenants du secteur à accorder la priorité à la sécurité des parcs à résidus tout au long du cycle de vie de ces derniers.

    Lorsque les parcs à résidus sont composés de matériaux susceptibles de se liquéfier, la méthode d’analyse pseudostatique simplifiée est proscrite par différentes réglementations. Il est fortement recommandé d’employer une autre approche pour analyser la performance sismique des parcs. En raison des exigences de sécurité élevées et des incertitudes liées aux parcs à résidus, de plus en plus de mines canadiennes ont adopté l’analyse des contraintes et des déformations pour assurer la sécurité des parcs pendant l’exploitation et la fermeture et après la fermeture de ces derniers.

    Données géotechniques

    Des études géotechniques, y compris des essais de pénétration normalisés et des essais de pénétration au cône sismique, sont nécessaires afin de fournir les propriétés géomécaniques pour les résidus déposés et les sols de fondation. L’avantage de l’analyse des contraintes et des déformations est qu’elle intègre de façon plus complète les propriétés des matériaux structurels, permettant ainsi de simuler le comportement de la structure de manière très réaliste.

    Données dynamiques

    Une autre tâche essentielle consiste à développer, à partir des données moyennes de désagrégation de l’aléa sismique, des séismes de référence (mouvements du sol) qui correspondent à la classification la structure de confinement (barrage, digue) et à la probabilité de dépassement annuel à analyser. En général, on cherche à modifier les mouvements du sol qui ont été sélectionnés dans une base de données représentative, de sorte que les réponses spectrales et autres caractéristiques puissent raisonnablement correspondre à celles de la référence ciblée sur la gamme des fréquences d’intérêt.

    Procédure de modélisation

    L’analyse des contraintes et des déformations est effectuée en quatre (4) étapes principales à l’aide de la méthode Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC) ou de codes similaires :

    • Étape 1 : Établir les conditions de charge sur place.
    • Étape 2 : Atteindre l’état d’équilibre statique avec les matériaux liquéfiés simulés.
    • Étape 3 : Appliquer les séismes de référence aux modèles afin d’analyser la réaction dynamique de la structure.
    • Étape 4 : Continuer à employer des modèles post-liquéfaction dans des conditions statiques.

    Avantages

    Les principaux avantages de l’analyse des contraintes et des déformations sont les suivants :

    • Une meilleure représentation des résidus liquéfiables dans les modèles constitutifs avancés.
    • La visualisation de l’évolution de l’état de contrainte, des déformations, des pressions d’eau interstitielle et de la liquéfaction des résidus.
    • La possibilité d’effectuer une analyse de stabilité post-sismique (ou post-liquéfaction).

    Conclusion

    Selon des études théoriques et appliquées antérieures, l’analyse avancée des contraintes et des déformations permet de mieux évaluer la réponse dynamique des parcs à résidus, notamment en ce qui concerne les résidus liquéfiables. Cette méthode d’analyse, comparée à la méthode pseudostatique, permet de simuler la réaction dynamique des parcs à résidus et de reproduire les éléments clés, notamment l’évolution de l’état de contrainte, les déformations et les pressions de l’eau interstitielle pendant et après les événements dynamiques. Par conséquent, cette méthode devrait en principe fournir des données de conception précieuses et faciliter le processus de prise de décision.

    Veuillez communiquer avec nous pour en savoir plus.

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