Valorisation des sols contaminés suite à leur traitement par stabilisation et
solidification
Exemple d'optimisation de la chaussée portuaire au secteur Viau du port de Montréal
JEAN-PHILIPPE BOUDREAULT, ING. ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE JEAN-SÉBASTIEN DUBÉ, ING., PH.D. ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE HUGO BRASSARD, ING. ADMINISTRATION PORTUAIRE DE MONTRÉAL
PLAN DE PRÉSENTATION
Boudreault et al. Atelier national sur les infrastructures maritimes, 3 février 2016
PARTIE I :
Introduction sur le traitement par stabilisation et solidification (S/S)
PARTIE II :
Projet réalisé au secteur Viau du port de Montréal PARTIE III :
Optimisation de la conception de la chaussée par l’intégration de la plus-value du traitement par S/S
CONCLUSIONS
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PARTIE I : INTRODUCTION SUR LE TRAITEMENT
PAR STABILISATION ET SOLIDIFICATION
INTRODUCTION SUR LE TRAITEMENT PAR S/S
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TRAITEMENT PAR S/S • Consiste à incorporer un liant d’inertage (p. ex. ciment), de l’eau et
des additifs au matériau contaminé afin de le rendre sécuritaire d’un point de vue environnemental (immobilisation des contaminants)
DOUBLE PROTECTION ENVIRONNEMENTALE • Stabilisation : modifications chimiques qui entraînent une diminution
de la solubilité des contaminants • Solidification : modifications physiques menant à l’encapsulation du
sol dans une matrice cimentaire, à la réduction de sa conductivité hydraulique et à une augmentation de sa résistance
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INTRODUCTION SUR LE TRAITEMENT PAR S/S
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TRAITEMENT S/S EST UTILISÉ DEPUIS PLUS DE 50 ANS • Années 1950 pour traitement de déchets radioactifs; • Années 1970 pour traitement de déchets dangereux.
TRAITEMENT S/S EST DÉMONTRÉ POUR PLUSIEURS TYPES DE MATRICES • Sols, sédiments, boues, matières résiduelles.
TRAITEMENT S/S EST APPLIQUÉ DANS PLUSIEURS PAYS • Canada, États-Unis, Europe (France, Royaume-Uni, Pays-Bas, etc.)
TRAITEMENT S/S EST DÉMONTRÉ POUR PLUSIEURS TYPES DE CONTAMINANTS • Contamination en métaux (principale utilisation); • Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP); • Organiques persistants: biphényles polychlorés (BCP), dioxines et furannes; • Goudron, certains résidus de raffinerie, etc.
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INTRODUCTION SUR LE TRAITEMENT PAR S/S
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SUPERFUND – É.-U. De 1982 à 2008 : 22 % des projets de traitement
réalisés ont eu recours à la stabilisation et solidification
Source : USEPA, 2010
Classé par l’Agence américaine pour la protection de l‘environnement (USEPA) comme « Best Demonstrated Available Technology » pour la contamination inorganique
TRAITEMENT S/S : PROCÉDÉ IN SITU
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TRAITEMENT S/S : PROCÉDÉ EX SITU
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INTRODUCTION SUR LE TRAITEMENT PAR S/S
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Processus de traitement par étape
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Étude de traitabilité Laboratoire
Essai pilote sur site
Traitement pleine échelle
Caractérisation du site
INTRODUCTION SUR LE TRAITEMENT PAR S/S
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Programme de contrôle de qualité
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§ Résistance à la compression § Résistance à la flexion § Durabilité (cycles gel/dégel ou
séchage/mouillage) § Conductivité hydraulique § Compacité relative § Masse volumique et teneur en eau § Absorption et densité des particules § Analyses granulométriques
Essais physiques Essais chimiques
§ Concentrations extractibles totales § Lixiviation statique (TCLP milieu
acide acétique, SPLP pluies acides, à l’eau)
§ Lixiviation dynamique (diffusivité) § Solubilité des contaminants § Capacité de neutralisation
de l’acidité § Analyses minéralogiques
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PARTIE II : PROJET RÉALISÉ AU SECTEUR VIAU DU PORT DE MONTRÉAL
RÉAMÉNAGEMENT DU SECTEUR VIAU, PORT DE MONTRÉAL
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Mise en contexte du projet
Besoin : - Augmenter la capacité en entreposage
de conteneurs au Port de Montréal pour supporter la demande croissante
Objectif : - Requalifier le secteur Viau en un secteur
d’entreposage de conteneurs d’une capacité de 150 000 EVP (équivalent vingt pieds)
Travaux : - Projet global de 30,6M$ - Superficie de l’ordre de 90 000 m2
- Projet divisé en trois phases de travaux
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Sommaire des travaux
PHASE 1 : Consolidation des sols Démolitions des bâtiments et
infrastructures existants
Reconstruction d’infrastructures principales (réseau électrique et conduites maîtresses)
Compaction de surface pour la zone au-dessus des caissons
Compaction dynamique
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Sommaire des travaux
PHASE 2 : Relocalisation de voies ferrées
Construction des nouvelles voies de
stockages des wagons pour le terminal céréalier
Construction d’un nouveau lien avec le réseau ferroviaire existant
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Sommaire des travaux
PHASE 3 : Aménagement du site Construction des infrastructures
souterraines : égout pluvial, aqueduc, réseau électrique
Construction de la nouvelle structure de chaussée
Construction des pistes de roulement et zones de manœuvre
Aménagement de nouvelles tours d’éclairages au DEL
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ÉPAISSEUR DE LA CHAUSSÉE • Coûts très élevés pour la construction de la nouvelle chaussée
portuaire
- Coûts liés à l’excavation des sols
- Coûts liés à l’enfouissement des sols contaminés
- Coûts liés à l’importation d’une quantité considérable de matériaux granulaires
SOLUTION PROPOSÉE : Réutilisation des sols contaminés comme matériau de sous-fondation suite à un traitement par stabilisation et solidification (S/S)
Problématique
RÉAMÉNAGEMENT DU SECTEUR VIAU, PORT DE MONTRÉAL
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Traitement des sols contaminés par S/S Étape 1 : Construction d’une pile de réserve des sols contaminés
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Traitement des sols contaminés par S/S Étape 2 : Malaxage dans une usine mobile « pugmill »
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Traitement des sols contaminés par S/S Étape 3 : Transport et mise en place des sols traités
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Traitement des sols contaminés par S/S Étape 4 : Compactage et cure humide des sols traités
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Traitement des sols contaminés par S/S Étape 5 : Contrôle de la qualité (carottage et confection d’éprouvettes)
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Monolithe S/S recouvert pendant la cure
Monolithe S/S découvert après la cure
Traitement des sols contaminés par S/S Vues générales du site (travaux S/S en cours)
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• DURÉE DU TRAITEMENT S/S : • 3 semaines (jour et nuit)
• VOLUME TOTAL DU MASSIF MONOLITHIQUE S/S : • 19 000 m3 (superficie de l’ordre de 65 000 m2)
• CONTRÔLE DE LA PERFORMANCE : • 44 séries de contrôle (~1 série/500 m3) et carottage additionnel sur
site
• QUANTITÉ DE SOLS TRAITÉS : • 35 000 t.m. de sols contaminés qui ont fait l’objet d’un traitement S/S
Traitement des sols contaminés par S/S Traitement S/S grande échelle
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TEST CRITÈRE DU PROJET CRITÈRE MDDEFP
TESTS PHYSIQUES Résistance à la flexion (à 28 jours) > 1,8 MPa -
Résistance à la compression (à 28 jours)
> 3,5 MPa > 3,5 MPa
Conductivité hydraulique < 10-7 cm/s < 10-7 cm/s
Altération physique < 10 % perte de matériel à 21 cycles (gel/dégel)
< 10 % perte de matériel à 12 cycles (au choix)
TESTS CHIMIQUES
Lixiviation SPLP < critères de potabilité < critères de potabilité
Lixiviation à l’eau < critères de potabilité < critères de potabilité
Diffusivité (indice de lixiviabilité) > 9 > 9
Critères de performance spécifiques au projet
Traitement des sols contaminés par S/S
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PARTIE III : OPTIMISATION DE LA CONCEPTION D’UNE CHAUSSÉE PAR
l’INTÉGRATION DE LA PLUS-VALUE DU TRAITEMENT S/S
Tiré de la présentation réalisée dans le cadre du 49e Congrès annuel de l’Association québécoise des transports (Boudreault et al., 2014)
EXEMPLE D’OPTIMISATION DE LA CHAUSSÉE
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PONT ROULANT SUR PNEUS CHARGEUR FRONTAL
Nombre de passages visés pour la nouvelle chaussée portuaire : - Pont roulant sur pneus : 200 000 passages sur 20 ans - Chargeur frontal : 80 000 passages sur 20 ans - Camion-remorque : 3 000 000 passages sur 20 ans
CAMION-REMORQUE
Réaménagement du secteur Viau du Port de Montréal
Charges de trafic
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EXEMPLE D’OPTIMISATION DE LA CHAUSSÉE
Réaménagement du secteur Viau du Port de Montréal
Structure globale (entreposage et manutention des conteneurs)
Structure préliminaire de 975 mm d’épais Structure optimisée de 810 mm d’épais
Matériau granulaire MG 20
Enrobé bitumineux 210 mm
300 mm
300 mm
Nappe phréatique
Sol support
Monolithe S/S
810
mm
Matériau granulaire MG 56
Matériau granulaire MG 20
Enrobé bitumineux 225 mm
300 mm
450 mm
975
mm
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EXEMPLE D’OPTIMISATION DE LA CHAUSSÉE
Réaménagement du secteur Viau du Port de Montréal Analyse structurale de la chaussée
Comparaison des structures globales de chaussée
CHARGE
Pont roulant sur roues
Chargeur frontal
Camion-remorque
Nombre de passages
admissibles
152 000
200 000
4 194 000
Design préliminaire (975 mm)
Nombre de passages
admissibles
62 000
117 000
3 414 000
Design optimisé avec S/S (810 mm) et dégradation
Nombre de passages
admissibles
256 000
322 000
4 377 000
Design optimisé avec S/S (810 mm)
nombre de passages admissibles = durabilité de la chaussée
x 161 %
x 168 %
x 104 %
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EXEMPLE D’OPTIMISATION DE LA CHAUSSÉE
Réaménagement du secteur Viau du Port de Montréal Modélisation des contraintes transmises au monolithe S/S
CHARGE
Pont roulant sur roues
Chargeur frontal
Camion-remorque
Contrainte à la base du monolithe
S/S
0,7 MPa
0,9 MPa
0,2 MPa
Design optimisé avec S/S (810 mm)
Sert à l’établissement d’un critère physique de performance
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EXEMPLE D’OPTIMISATION DE LA CHAUSSÉE
Réaménagement du secteur Viau du Port de Montréal Système de drainage de la chaussée
Matériau granulaire MG 20
Enrobé bitumineux
Monolithe S/S
Drain perforé raccordé au puisard
Ouverture dans le monolithe S/S au point bas
Écoulement de l’eau
LE TRAITEMENT S/S PERMET DE RÉALISER
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- DES ÉCONOMIES CONSIDÉRABLES SUR L’ENSEMBLE D’UN PROJET - Estimées à environ 2,1M$ par le port de Montréal (sur phase du projet d’environ 5M$)
pour le réaménagement du secteur Viau
- LA CONSTRUCTION D’UNE CHAUSSÉE DURABLE - Augmentation de la résistance structurale de la fondation de la chaussée
portuaire par rapport à une chaussée conventionnelle
- Augmentation de la durée de vie de la chaussée (nombre accru de passages admissibles)
- LA GESTION DURABLE DES SOLS CONTAMINÉS
- Revalorisation sécuritaire sur le site des sols contaminés
- Contrôle à long terme des risques de migration de la contamination
- Réduction du transport et de l’enfouissement hors site de sols contaminés
- Minimisation de l’importation de matériaux propres (et/ou granulaire) pour le remblayage
- Réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) liées au transport
MERCI!
JEAN-PHILIPPE BOUDREAULT, ING. [email protected]