Caracterização e comportamento geomecânico de rejeitos de mineração

Abstract

amplamente para o desenvolvimento econômico dos países, entretanto, ao mesmo tempo em que a atividade cresce, aumenta a produção de rejeitos. A forma como os rejeitos de mineração são dispostos, suas características e os casos recentes de rupturas em reservatórios deste material, tem alertado para a necessidade de estudo e compreensão do seu comportamento, com vistas à avaliação da possibilidade de ocorrência de rupturas desencadeadas por liquefação. O fenômeno de liquefação ocorre quando um aumento repentino de poropressões é capaz de anular as tensões efetivas do material, fazendo-o perder totalmente a sua estrutura. Quando uma instabilidade local se estende por extensas áreas, tem-se o fenômeno denominado de fluxo por liquefação, o qual tem alto potencial destrutivo. O fluxo por liquefação pode ser desencadeado tanto por gatilhos estáticos quanto dinâmicos e a suscetibilidade de um material granular à ocorrência do mesmo pode ser avaliada por meio de propriedades de estado, definidas através de ensaios triaxiais. Entretanto, nem sempre é possível realizar a coleta de amostras indeformadas em rejeitos de mineração e esta avaliação precisa ser realizada em amostras reconstituídas, que podem não traduzir as reais condições de campo. Neste contexto, este trabalho objetiva caracterizar e avaliar o comportamento geomecânico de rejeitos de mineração, tanto por meio de resultados de ensaios de campo, quanto de laboratório. Inicialmente, ensaios triaxiais foram realizados com o intuito de avaliar os efeitos do estado inicial e reconstituição de amostras no comportamento dos rejeitos de mineração. Na sequência, a combinação de medidas independentes de resistência e rigidez, obtidas através de ensaios de laboratório, foi estudada para dar suporte ao desenvolvimento de uma metodologia de avaliação de comportamento através de ensaios de campo, mais precisamente o ensaio de cone sísmico (SCPTu). A metodologia proposta caracteriza-se por um sistema de classificação de solos dividido em dois estágios. A primeira etapa consiste na utilização da relação entre rigidez e resistência (G0/qt), obtidas em campo, para categorizar diferentes grupos de solos e identificar condições de drenagem. No estágio subsequente, a relação G0/qt é combinada à valores de parâmetro de estado ( ) para avaliação da suscetibilidade ao fluxo por liquefação, em materiais classificados como de baixa plasticidade no estágio anterior do sistema. Uma proposta de correção de valores de qt, lidos em condições de drenagem parcial, permitiu também a análise de suscetibilidade ao fluxo por liquefação em materiais siltosos não-plásticos, como os rejeitos de mineração. Resultados de ensaios de campo e laboratório foram confrontados para validação das metodologias propostas, demonstrando uma boa resposta aos materiais avaliados.

The mining activity has a great importance in world-range and national-range scenarios, and have been contributing to the economic development of several countries. However, at the same time that this kind of activity grows, it increases the production of tailings. The way these tailings are arranged, their characteristics, and the recent reservoirs ruptures, highlighted the necessity of studying and understanding the behavior of mining tailings, with focus on the evaluation of the possibility of ruptures caused by liquefaction. The phenomenon of liquefaction occurs when a sudden increase of poropressure is able to cancel the effective stresses of the material, causing the completely loss of structure. When a local instability extends over large areas, there is the phenomenon called flow liquefaction, which has a high destructive potential. The flow liquefaction can be triggered by both static and dynamic loadings and, the susceptibility to flow liquefaction in granular materials can be evaluated by state properties, easily defined by triaxial tests. However, it may not be possible to collect undisturbed samples in mining tailings, and this evaluation must be performed on reconstituted samples, which may not translate the actual field conditions. In this context, this work aims to characterize and evaluate the geomechanical behavior of mining tailings, both through field and laboratory tests results. Initially, triaxial tests were performed with the purpose of evaluating the effects of the initial state and reconstitution of samples on the behavior of the mining tailings. In the sequence, the combination of independent measures of strength and stiffness, obtained through laboratory tests, was studied to support the development of a behavior assessment methodology through field tests, more precisely the seismic cone test (SCPTu). The proposed methodology is characterized by a soil classification system divided in two stages. The first one consists in using the relationship between stiffness and strength (G0/qt), obtained in the field, to categorize different soil groups and to identify drainage conditions. In the subsequent stage, the G0/qt ratio is combined with state parameter values ( ) for evaluation of the susceptibility to the flow liquefaction, in materials classified as low plasticity in the previous stage of the classification system. A proposal correction for qt values, obtained in partial drainage conditions, also allowed the analysis of susceptibility to flow liquefaction in nonplastic silt materials, such as mining tailings. Results of field and laboratory tests were confronted for validation of the proposed methodologies, demonstrating a good response to the evaluated materials.