Avaliação da instabilidade em rejeitos de minério de ferro : influência da granulometria e da trajetória de tensões

Abstract

Garantir a estabilidade de barragens de rejeitos (TSFs) continua sendo um dos principais desafios da indústria da mineração. A liquefação estática tem sido identificada como um dos principais mecanismos por trás das recentes falhas em barragens de rejeitos. Quando a trajetória de tensões in situ atinge ou excede a resistência não drenada do solo, uma perturbação mínima sob condições não drenadas pode desencadear a liquefação, potencialmente levando a uma ruptura por fluxo. Esse processo resulta em perda abrupta de resistência, rápida acumulação de deformações e elevada poro pressão. O limite de resistência não drenada no qual esse processo se inicia é conhecido como linha de instabilidade, tipicamente representada em termos de tensões efetivas no plano q–p′. Apesar dos avanços nas técnicas laboratoriais, a ausência de sinais prévios às falhas recentes por liquefação evidencia lacunas importantes na compreensão dos fatores que governam a instabilidade em rejeitos. Este estudo investiga os fatores que afetam a linha de instabilidade em rejeitos de minério de ferro, com foco na influência da distribuição granulométrica e de trajetória de tensões complexas. Além disso, avalia-se a aplicabilidade de medições de velocidade de onda de cisalhamento (Vs) para fins de monitoramento e o papel do parâmetro de estado em Vs. Um programa abrangente de ensaios laboratoriais foi conduzido, incluindo ensaios triaxiais, ensaios em hollow cylinder, bender elements e de coluna ressonante. Os resultados experimentais mostraram que tanto a linha de estado crítico (nos planos e–p′ e q–p′) quanto a razão de tensões na instabilidade são afetadas pelo teor de finos. Esse comportamento pode ser atribuído a alterações na mineralogia e na forma das partículas introduzidas pela adição de finos nas misturas estudadas. Ensaios no hollow cylinder foram utilizados para simular condições de deformação plana, típicas de estados de tensões abaixo de taludes. Esses ensaios indicaram que o aumento tanto na rotação dos esforços principais (α) quanto na razão de tensões principais intermediária (b) resulta em uma resposta não drenada mais contrátil em comparação ao cisalhamento triaxial convencional, levando a menores razões de tensões na instabilidade. A magnitude desse efeito mostrou-se dependente do parâmetro de estado inicial (ψ₀). Os ensaios com bender elements realizados durante o caminho de tensões do tipo CSD demonstraram que a Vs é um indicador confiável das variações da tensão efetiva média em rejeitos. Além disso, os resultados indicam que em estados densos, as medições de Vs apresentam menor dependência da tensão quando comparadas a estados soltos. As conclusões deste trabalho oferecem subsídios relevantes sobre os principais fatores que controlam a instabilidade em rejeitos de minério de ferro e fornecem evidências experimentais que podem contribuir para uma gestão mais segura e eficiente de barragens de rejeitos.