Les stériles calcinés sont utilisés sans difficultés comme matériau de remblai depuis de nombreuses années dans les zones proches des dépôts de stérile (2, 3, 4)*. En fait, l'engouement pour l'emploi de stérile calciné dans la construction routière a été si grand qu'en de nombreux endroits, il en reste peu et que l'attention se porte maintenant vers l ’utilisation de stérile non calciné comme matériau de remblai.
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En raison de leur bonne répartition granulométriqüe et de leur nature granulaire, schistes houillers calcinés peuvent être mis en oeuvre jusqu'au niveau de la couche de fondation et être compactés à la stabilité voulue. Quelles que soient les conditions atmosphériques, leur utilisation couronnée de succès a conduit certains pays, notamment l'Allemagne, à préparer une codification de leur emploi (5). En R.F. d'Allemagne, G-rande-Bretagne et France, la seule restriction imposée à leur emploi est que, du fait de leur susceptibilité au gel, il est interdit de les utiliser à moins de 450 mm de pro fondeur, ou à moins de 450 mm d'une structure en béton si la teneur en sulfate d'une suspension aqueuse de rapport 1 : 1 dépasse 2,5 g/l (6).La plupart des stériles non calcinés peuvent aussi être utilisés pour la construc tion de remblais, mais il faut prendre grand soin du choix du matériau. Les essais de caractéristiques physiques pourront comporter les essais de mécanique des sols habituels tels que répartition granulométrique, relation entre la densité et la teneur en eau, résistance triaxiale et limite de plasticité.
En Allemagne, en France et au Royaume-Uni, il n'y a pas de restriction à l'emploi de ce matériau, et il peut être utilisé jusqu'au niveau de la couche de fondation. On ne prévoit pas actuellement de mesures de protection pour les flancs des talus.
La crainte d'une inflammation spontanée lors de l'utilisation des stériles a été la principale restriction à leur emploi pour la construction de talus de remblai.
L'inflammation spontanée des remblais en schistes houillers n'est pas déterminée par une simple question de pourcentage de résidus de carbone mais aussi par la dimension des particules, la répartition des résidus de carbone dans le matériau, le pourcentage de composants volatils dans les résidus de carbone, de la teneur en pyrite, et surtout, par la possibilité de pénétration d'oxygène dans le remblai. Il n'est donc pas possible d'indiquer un pourcentage admissible de résidus de carbone. L'expérience a toutefois démontré à l ’usage qu'il ne se produit pas d'ignition spontanée dans un remblai bien compacté (1). Certains vieux terrils contiennent toutefois du charbon de basse qualité ce qui ajoute une possibilité d ’ignition spontanée. En pareil cas, il faut déterminer l ’existence d ’éléments combustibles. On propose à cette fin une méthode fondée sur la détermination du carbone total, du bioxyde de carbone et des carbonates (7).
IV.2.2 Matériaux pour les couches de base et de fondation
L'utilisation de déchets de mine et de carrière comme matériau pour les couches de base et de fondation serait très rentable car le granulat utilisé pour les chaussées est, en général* de meilleure qualité.
En G-rande-Bretagne, les schistes houillers bien brûlés et non plastiques pourraient satisfaire aux spécifications de fondations en matériaux grenus. Ils ont été utilisés à une large échelle pour la construction de couches de fondation. Leur principal handi cap réside dans le fait que, selon les essais normalisés de résistance au gel, ils auraient tendance à être gélifs. La stabilisation par adjonction de ciment pallie cet inconvénient.
TABLEAU IV.2
ANALYSE CHIMIQUE LE SCHISTES HOUILLERS BRITANNIQUES CALCINES ET NON CALCINES (1) (Pourcentage en poids)
Schistes calcinés calcinésNon
A B C D E F G- Si02 57,6 56,2 60,2 55,6 56,4 45,4 51,9 A1203 31,3 31,1 21,2 26,5 23,3 21,5 19,4 Ee pO-z 3,86 4,33 8,02 4,57 6,14 13,37 6,1 Ti02 0,22 0,24 0,17 0,22 0,22 0,22 1,03 CaO 0,36 1,03 0,44 0,16 0,48 6,30 0,66 MgO 0,92 0,82 1,01 1,47 0,97 2,88 1,21 Na20 0,23 0,20 0,48 0,23 0,44 0,65 0,44 k2o 2,50 2,06 3,30 3,45 2,63 2,77 3,0 SO^ 0,10 1,39 0,89 1,86 2,82 4,66 0,35 S 0,02 0,01 0,10 0,02 0,10 0,05 0,02 Perte au feu 1,9 2,2 3,8 6,3 5,5 2,6 16,13 TOTAL 99,0 99,6 99,6 100,4 99,0 99,8 100,4 pH d !une suspension aqueuse de schiste 6,5 6,8 5,4 4,2 4,5 8,5 non déterminé Teneur en sulfate d'une
suspension aqueuse
1:1 de schiste ($ en S03)
0,06 0,14 0,16 0,70 0,69 0,15 déterminéenon
TABLEAU IV.3
G-RANULOMETRIE ET LENSITE PROPRE LE QUELQUES SCHISTES HOUILLERS BRITANNIQUES (1)
Diamètre des par
ticules (mm)
Schistes calcinés Schistes non calcinés
A B C D E E S T U V W > 40 2 0 6 0 3 0 7 5 6 12 15 20-40 22 14 14 20 18 15 33 25 7 18 15 10-20 26 22 23 23 22 25 26 35 10 15 32 5-10 22 21 22 20 19 17 17 16 15 15 18 2-5 11 12 13 12 12 11 6 6 17 10 8 < 2 17 31 22 25 32 32 11 13 45 30 12 Poids spéci fique 2,65 2,69 2,71 2,72 2,76 2,90 2,60 2,51 - - -
Les stériles non brûlés ne sont pas utilisables pour la construction de couches de base ou de fondation. Cependant des tests de laboratoire suggèrent qu’ils pourraient fournir un matériau acceptable pour les couches de fondation après stabilisation par adjonction de ciment (9, 10).
Les stériles houillers ne sont utilisables comme matériau de fondation qu’à la condi tion de les stabiliser avec du ciment. Les stériles utilisés à cette fin, brûlés ou non, doivent répondre à des spécifications de granulométrie. Il existe de très nombreux essais portant sur des éprouvettes de schiste houiller stabilisées avec des quantités variées de ciments de différentes sortes (1, 9, 10). Il faut de 6 à 10 $ de ciment. Un mélange de cendres volantes et de ciment a donné des résultats satisfaisants (11). Les mélanges présentent parfois des problèmes chimiques en raison de la présence
de sulfate mais la stabilisation diminue l ’action chimique et l ’effet du gel. Les diffé rentes sortes de stériles présentent des variations considérables et tous doivent être rigoureusement testés avant leur emploi. Il faut donc en éprouver les propriétés physi ques : répartition granulométrique, caractéristiques de compactage après ajout de ciment, résistance à la traction et résistance à l ’immersion (9).
En France, on mélange le schiste houiller rouge granulaire à de la cendre volante, de la chaux et du gypse pour en faire un matériau de couche de base. Il peut aussi se mélanger au laitier granuleux, à la chaux et à la cendre volante (12). Les études sont actuellement consacrées en France aux propriétés pouzzolaniques des schistes houillers qui permettraient d ’utiliser les fines de schistes (conjointement avec de la chaux) comme liant pour la stabilisation des sols de fondation.
La référence 13 rend compte d ’une étude générale sur la stabilisation des schistes houillers en Virginie occidentale aux Etats-Unis. Il en résulte qu’un mélange avec de la cendre volante et du ciment ou de la chaux a pour effet d ’améliorer la résistance à la compression simple. Il n ’est pas possible d ’obtenir une telle amélioration en ajoutant uniquement de la cendre volante, ou du ciment ou de la chaux. Ce résultat serait attri- buable à l ’absorption excessive d ’humidité, notamment dans les cas où le seul additif est de la cendre volante.
IV.2.3 Autres applications éventuelles
Les déchets de mine ne peuvent en général pas être utilisés pour les couches de surface. On peut faire exception pour les chaussées à faible trafic ou pour l ’utilisa tion comme filler ou comme abrasif pour le service hivernal (11) ainsi que le traitement des surfaces routières glissantes.
En raison de leur résistance et de leur couleur intense, les schistes houillers rouges calcinés ainsi que certains déchets d ’autres mines sont utilisés pour certaines chaussées secondaires dont la couche de base granulaire n ’est pas revêtue et aussi pour des chemins agricoles et forestiers. Ce matériau peut être mélangé également au laitier granuleux, à la chaux ou à la cendre volante pour les couches de surface, les parkings et les trottoirs (14).
Il est possible de constituer un bon matériau antidérapant à partir d ’un mélange de schiste houiller brûlé et de bauxite dans le rapport de 4 à 1 (15). Les schistes houillers rouges grossiers et des mélanges de schistes et de bauxite ont été mis à l ’épreuve comme matériau de revêtement. Les résultats ont démontré qu’il était possible d ’en tirer des mélanges bitumineux de stabilité exceptionnelle. Ce matériau a été uti lisé pour le traitement de couches de roulement et pour des emplois partiels à froid
(11). En G-rande-Bretagne des valeurs élevées de polissage (d’environ PSV = 70) ont été obtenues sur des gravillons produits à partir de déchets brûlés artificiellement avec, et sans bauxite (14).