Comportamento mecânico de rejeitos de mineração de ferro sob a ótica dos estados críticos

Abstract

A Mecânica dos Solos Clássica frequentemente caracteriza o comportamento dos solos por meio de ensaios in situ e/ou ensaios de laboratório, que buscam em condições particulares compreender as condições reais de campo. Contudo, essa abordagem, em alguns casos, tem se mostrado insuficiente e limitada para compreensão do comportamento de determinadas classes de materiais. Enquanto se reconhece que os resíduos de mineração podem ocorrer em um largo espectro de materiais e condições, há uma crescente propensão nos meios técnicos e científicos a buscar modelos constitutivos que permitam a análise de seu desempenho. A presente tese realiza uma investigação experimental e numérica com foco em avaliar a efetividade da modelagem do comportamento de materiais por meio da Mecânica dos Estados Críticos. Demais disso, o programa experimental contemplou a caracterização química, física e dinâmica de rejeitos de mineração do Quadrilátero Ferrífero (QF). A campanha foi composta por ensaios de granulometria e granulo-química, compactação, adensamento unidimensional e hidrostático, permeabilidade, medida de velocidade de onda cisalhante com elementos Bender, ensaios de compressão triaxial e ensaios dinâmicos de Coluna Ressonante. No que se refere aos ensaios dinâmicos, foram determinados os módulos de amortecimento, a rigidez para pequenas deformações e as curvas de degradação da rigidez. Ademais, uma ampla bateria de simulações numéricos foi executada, a fim de avaliar a capacidade do modelo constitutivo NorSand. Outrossim, foi utilizado o NorSand na representação do comportamento de rejeitos do Quadrilátero Ferrífero (QF). No caso dessas simulações, foi selecionada aleatoriamente uma das amostras ensaiadas e, à luz dos resultados de laboratório, foi possível a determinação dos parâmetros de estado crítico para esse material. Inicialmente, procedeu-se à calibração do modelo por meio dos dados experimentais disponíveis, com o auxílio do software livre NorTxl. A calibração visou estabelecer o conjunto de parâmetros que melhor representasse o rejeito de flotação selecionado. Posteriormente, simulações numéricas mais avançadas foram processadas na plataforma de modelagem numérica comercial FLAC3D. Em referida plataforma, foi implementado o modelo NorSand como um User Defined Models. A sua vez, com o UDM, foram reproduzidos ensaios triaxiais e cisalhamento simples. Demais disso, solicitações dinâmicas foram modeladas em ensaios de cisalhamento simples cíclico. Como conclusão dos experimentos, verificou-se que o modelo NorSand se mostrou adequado para avaliar o comportamento dos rejeitos de mineração estudados. No caso da implementação numérica FLAC3D, houve aderência em solicitações drenadas, deformações inferiores a 5% e em amostras nas quais o Parâmetro de Estado tenha pequena magnitude.