Análise tensão-deformação em uma pilha de rejeito filtrado de grandes dimensões

Abstract

Em face dos últimos eventos de falhas catastróficas de barragens, a indústria de mineração vem avaliando métodos alternativos de disposição de rejeitos. Dentro deste contexto, a disposição dos rejeitos filtrados em pilhas vem ganhando cada vez mais destaque no setor mineral. Todavia, tem-se, até então, algumas limitações de engenharia a serem superadas para viabilidade de implementação desse método de forma mais generalizada, assim como aspectos relacionados ao comportamento esperado dessas estruturas que ainda podem ser compreendidos e explorados de forma mais eficiente. Nesse contexto, o presente estudo buscou analisar os parâmetros de entrada necessários e os resultados que podem ser extraídos de uma análise tensão-deformação tridimensional de um empilhamento filtrado. Para tanto, foi realizada a caracterização geotécnica de um rejeito de minério de ferro filtrado, a partir de variados graus de compactação. Adicionalmente, avaliou-se a aderência de diferentes modelos constitutivos aos resultados obtidos em ensaios de compressão triaxial. Por fim, realizou-se um estudo de caso para uma pilha projetada em grandes dimensões, considerando o modelo Elastoplástico Perfeito associado ao critério de plastificação de Mohr-Coulomb. De posse dos resultados, pôde-se concluir que, em geral, obteve-se um razoável ajuste da solução analítica dos modelos aos dados observados nos ensaios triaxiais. Percebe-se que os ensaios drenados são melhor representados. Da mesma forma, os modelos não lineares se ajustaram melhor aos dados experimentais. No estudo de caso, os deslocamentos totais máximos calculados se mostraram da ordem de 3% da altura final máxima da pilha, semelhante ao apresentado em estudos análogos. As respostas obtidas do modelo numérico se mostraram pouco sensíveis às variações de grau de compactação considerados no estudo, porém não se pode inferir, necessariamente, que esses fatores não influenciarão o comportamento real da estrutura em campo. Concluiu-se, ainda, que este tipo de modelagem ainda apresenta algumas limitações, principalmente relacionadas ao desenvolvimento de funcionalidades nos softwares comercialmente disponíveis. Palavras-chave: Análise tensão-deformação. Modelo tridimensional. Rejeito filtrado. Minério de ferro.

In the face of recent events of catastrophic dam failures, the mining industry has been evaluating alternative tailings disposal methods. In this context, the disposal of filtered tailings in piles has gained increasing prominence in the mineral sector. However, until then, there are some engineering limitations to be overcome for the feasibility of implementing this method in a more generalized way, as well as aspects related to the expected behavior of these structures that can still be understood and explored more efficiently. Therefore, the present study sought to analyze the input parameters and the results that can be extracted from a three-dimensional stress x strain analysis of a filtered pile. For that, a geotechnical characterization of a filtered iron ore tailings was carried out, from different degrees of compaction. Additionally, the adherence of different constitutive models to the results obtained in triaxial compression tests was evaluated. Finally, a case study was carried out for a pile designed in large dimensions, considering the elasto-perfect-plastic model associated with the plastification criterion of Mohr Coulomb. With the results, it can be concluded that, in general, a reasonable adjustment of the analytical solution of the models to the data observed in the triaxial tests was obtained. It is noticed that the drained tests are better represented. Likewise, nonlinear models fit the experimental data better. In the case study, the maximum total displacements calculated were in the order of 3% of the maximum final height of the pile, similar to that presented in similar studies. The answers obtained from the numerical model were not very sensitive to the variations in the degree of compaction considered in the study, but it cannot necessarily be inferred that these factors will not influence the actual behavior of the structure in the field. It was also concluded that this type of modeling still has some limitations, mainly related to the development of features in commercially available software. Keywords: Stress-deformation analysis. Three-dimensional model. Filtered tailings. Iron ore.