Avaliação de parâmetros de resistência ao cisalhamento de rejeitos de mineração de ferro

Abstract

A utilização de barragens de rejeito de mineração elevadas à montante ainda é uma realidade no Brasil, apesar da promulgação da Lei 14.066/2020, que proibiu esse método após os rompimentos das barragens de Fundão (2015) e da Mina Córrego do Feijão (2019). Dada a singularidade dos rejeitos de mineração de ferro, este trabalho tem como objetivo avaliar a resistência ao cisalhamento de amostras indeformadas (provenientes de diferentes localizações) e reconstituídas (a partir do mesmo rejeito de mineração de ferro) e realizar avaliação da influência do índice de vazios nos corpos de prova sobre a resistência cisalhante. Para isso, foram realizados ensaios de compressão triaxial em ambas as amostras, enquanto que o ensaio de cisalhamento direto só foi realizado com a amostra reconstituída. Os ensaios foram conduzidos com índices de vazios iniciais variando entre 0,77 e 1,92. As amostras reconstituídas resultaram numa relação linear e inversamente proporcional entre a resistência e índice de vazios. Observando-se comportamento contrátil para os maiores índices e dilatante para os menores. Os ensaios de compressão triaxial não drenados foram executados por uma empresa comercial utilizando amostras indeformadas e resultaram em comportamentos mais variados. A análise exploratória de dados constatou que, sob maiores tensões confinantes, o aumento da densidade relativa dos rejeitos (redução do índice de vazios) resultou em maiores valores máximos de tensão desviadora. os rejeitos tendem a apresentar valores máximos de tensão desviadora mais altos quando o índice de vazios é menor. No ensaio de cisalhamento direto foi possível determinar que os corpos de prova de maior índice de vazios inicial apresentam reduções sistemáticas na resistência ao cisalhamento. Além disso, os ensaios realizados com amostras indeformadas apresentaram ângulos de atrito inferiores aos valores reportados literatura para materiais granulares. Em contrapartida, os ensaios de compressão triaxial e cisalhamento direto, executados com amostras reconstituídas, mostraram resultados de ângulo de atrito mais condizentes com as expectativas para esse tipo de material. Por fim, os valores de intercepto coesivo apresentaram grande variabilidade, realidade essa que também é observada na literatura.

Abstract: The use of upstream tailings dams is still a reality in Brazil, despite the enactment of Law No. 14.066/2020, which banned this method following the failures of the Fundão (2015) and Córrego do Feijão (2019) dams. Given the unique characteristics of iron ore tailings, this study aims to evaluate the shear strength of both undisturbed samples (from different locations) and reconstituted samples (from the same iron mining tailings), and to assess the influence of the void ratio on the shear strength of the specimens. For this purpose, triaxial compression tests were carried out on both types of samples, while the direct shear test was performed only on the reconstituted sample. The tests were conducted with initial void ratios ranging from 0.77 to 1.92. The reconstituted samples showed a linear and inversely proportional relationship between shear strength and void ratio, with contractive behavior observed at higher void ratios and dilative behavior at lower ones. The undrained triaxial compression tests were performed by a commercial laboratory using undisturbed samples and resulted in more varied behaviors. Exploratory data analysis showed that, under higher confining stresses, an increase in relative density of the tailings (i.e., a decrease in void ratio) resulted in higher peak deviator stress values. Tailings tend to exhibit higher peak deviator stresses when the void ratio is lower. In the direct shear test, it was possible to determine that specimens with higher initial void ratios systematically presented lower shear strength. Furthermore, the tests conducted with undisturbed samples presented lower friction angles than those reported in the literature for granular materials. In contrast, the triaxial compression and direct shear tests performed on reconstituted samples yielded friction angle values more consistent with expectations for this type of material. Lastly, the cohesive intercept values showed high variability, which is also commonly reported in the literature.