Comportamento geomecânico de rejeito de mineração de ouro submetido a uma ampla faixa de tensões de confinamento sob carregamento monotônico e cíclico

Abstract

A tendência global de construção de barragens para armazenamento de rejeitos de altura cada vez mais elevada requer o entendimento do comportamento destes materiais quando sujeitos a tensões de confinamento altas, uma vez que, diante de um rompimento, estas estruturas possuem potencial de risco à vida e danos ao meio ambiente superior às estruturas de menor porte. A literatura ainda não apresenta um consenso em relação ao comportamento dos rejeitos de mineração nestes casos. Esta pesquisa tem como objetivo a determinação do comportamento tensão-deformação, dos parâmetros de resistência e de estado crítico, da rigidez e do comportamento sob cargas cíclicas de um rejeito de mineração de ouro proveniente de uma barragem no estado da Bahia submetido a uma ampla faixa de confinamento efetivo. O programa experimental consiste, inicialmente, na caracterização do rejeito. Na sequência, foram realizados os ensaios triaxiais para um índice de vazios fixo e as amostras foram consolidadas nas tensões efetivas de 25 a 4000 kPa e posteriormente cisalhadas sob carregamento monotônico ou cíclico. A determinação da rigidez foi realizada através de sensores bender elements e sensores internos de deslocamento. Os ensaios de caracterização forneceram resultados compatíveis com a literatura para rejeitos de ouro. O ângulo de atrito efetivo de pico e de estado crítico e o comportamento tensão-deformação estão de acordo com o verificado em pesquisas para tensões de confinamento efetivas de até 1000 kPa. Não é observada uma mudança nos parâmetros de resistência e de estado crítico no espaço p’ versus q: apenas um ângulo de atrito de pico e de estado crítico pode ser adotado para a determinação do comportamento do material tanto para baixas quanto para altas tensões de confinamento efetivo. o espaço do índice de vazios versus o logaritmo de p’, entretanto, a Linha do Estado Crítico (LEC) apresenta-se curva mesmo com a ausência de quebra de grãos. Para 1000 ciclos de carregamento e descarregamento (sem extensão) na frequência de 0,1 Hz e para as amplitudes de tensão desvio determinadas, a mobilidade cíclica regeu o comportamento do material. O comportamento “pós-liquefeito” foi avaliado após os ciclos de carregamento.

The construction of taller mining tailings dams is a global trend and requires a proper understanding of the behavior of these materials when submitted to higher confining stresses, since these storage facilities have a greater potential to threat life and the environment in the event of a failure when compared to smaller structures. The literature still does not present a consensus regarding the behavior of mining tailings in these cases. This research aims to determine the stress-strain behavior; the strength and critical state parameters; the stiffness and the behavior under cyclic loads of a gold mining tailings from a dam in the state of Bahia when subjected to a wide range of effective confining stresses. Firstly, the experimental program consists in the characterization of the tailings. Secondly, triaxial tests were performed to a fixed void ratio and the samples were consolidated at effective stresses ranging from 25 to 4000 kPa and then sheared under monotonic or cyclic loading. The stiffness was determined through bender elements sensors and internal displacement sensors. The characterization tests provided consistent results when compared to the literature for gold mining tailings. The peak and the critical state effective friction angles and the stress-strain behavior agree with what has been verified in several studies for effective confining stresses up to 1000 kPa. No change in critical state strength parameters is observed in p' versus q space: only one peak and one critical state friction angles can fit the results for both low and high effective confinement stresses. However, in the void ratio versus the logarithm of p' space, a curved Critical State Line (CSL) is observed although no grain breakage happens. Most samples showed cyclic mobility behavior when 1000 cycles of loading and reloading (without extension) were applied at a frequency of 0.1 Hz and under determined cyclic deviator stresses. The post-liquefaction behavior was evaluated after the loading and reloading cycles.