Comportamento constitutivo de rejeito de minério de ferro filtrado e compactado

Abstract

A ocorrência de desastres de grandes magnitudes envolvendo os métodos convecionais de disposição de rejeitos endossou a busca por alternativas viáveis para dispor esses subprodutos dos processos de extração e beneficiamento de minérios de forma mais segura e sustentável. Uma possibilidade é a disposição em pilhas de rejeito compactado e filtrado. Para isso, faz-se necessário o entendimento do comportamento desses materiais em estados densos e a influência dos estados de tensões aos quais estarão submetidos durante a vida útil da estrutura. Além disso, durante a etapa de projeto, a fim de prever o comportamento de Estruturas de Armazenagem de Rejeitos (EAR), usualmente são empregados modelos constitutivos. Porém, as hipóteses e condições assumidas no desenvolvimento dos modelos aplicados precisam ser verificadas e adequadas à sua aplicação. Portanto, este trabalho busca descrever o comportamento constitutivo de um rejeito de minério de ferro filtrado e compactado em uma ampla faixa de tensões e estados a fim de promover um maior entendimento da resposta mecânica desse material. São investigados aspectos relativos ao comportamento tensão-deformação, tensão-dilatância, forma da superfície de plastificação e direção de fluxo plástico do material sob uma ampla faixa de tensões e diferentes compacidades. Observou-se que a quebra de partículas apresenta reflexos no comportamento constitutivo do material desde tensão mais baixas. Além disso, foi verificada a forma da superfície de plastificação de um rejeito de minério de ferro e que esse segue uma lei de fluxo não associada. Por fim, a partir das observações sobre o comportamento constitutivo do rejeito, são propostas condições para definição de uma equação de dissipação de energia consistente.

The recent disasters involving conventional tailings storage facilities highlighted the need for viable alternatives to safely and sustainably dispose of these by-products of ore extraction and beneficiation. One possibility is the disposal of filtered compacted tailings in stacks. In this regard, a better understanding of tailings behaviour in dense states and the influence of stress history occurring during the structure lifetime is needed. Furthermore, constitutive models are usually considered in previewing the behaviour of tailings storage facilities during design stages. However, the assumptions made during the models’ development and their validity to the applications being considered are not usually verified. Accordingly, this work aims at describing the constitutive response of filtered compacted iron ore tailings in a broad range of pressures and states. Besides, the tailings’ stress-strain and stress-dilatancy response, the shape of the yield surface, and the plastic flow direction are investigated. Particle breakage was found to influence the constitutive behaviour from low pressures. Also, the shape of the yield surface for the iron ore tailings was verified, and the tailings followed a non-associated flow rule. Finally, conditions for defining a consistent energy dissipation equation are proposed from the observed behaviour.