Comportamento multiaxial de um rejeito de mineração cimentado reforçado com fibras

Abstract

A atividade mineradora tem grande importância no cenário mundial e nacional, contribuindo amplamente para o desenvolvimento econômico dos países. Entretanto, o aumento da produção de minério leva ao aumento da geração de resíduos oriundos da prática de extração e beneficiamento dele. Esses resíduos, chamados de rejeito de minério, necessitam ser depositados após o aproveitamento do minério. Devido ao grande volume de rejeitos, o aumento da altura das barragens de contenção de rejeito levanta preocupações quanto a segurança dessas estruturas. Devido a complexidade dos carregamentos nessas estruturas, o programa experimental desta pesquisa foi desenvolvido para a avaliação do comportamento multiaxial de um rejeito de minério de ferro cimentado e reforçado com fibras. Foram executadas misturas para realização de ensaios de resistência não confinada contendo rejeito acrescido de cimento Portland nos teores de 3%, 5% e 7%, 0% e 0,5% de fibras e peso específico aparente seco de 17,5 kN/m³, 19 kN/m³, 20,5 kN/m³ e 22 kN/m³. Para as misturas nos ensaios True Triaxial e Hollow Cylinder, foram realizados ensaios com teor de cimento 2,43% e 2,66%, 0% e 0,5% de fibras e peso específico aparente seco de 17,5 kN/m³. Os resultados obtidos mostraram que a utilização de cimento e fibras contribuiu positivamente para o aumento da resistência não confinada das amostras e que a relação porosidade/teor volumétrico de cimento (h/Civ0,16) mostrou-se adequada para descrever o comportamento das misturas nesses ensaios. Nos ensaios True Triaxial foi possível observar diferentes comportamentos frente às mesmas solicitações para os materiais com inclusão de fibras e sem inclusão de fibras, mostrando que as amostras com fibras apresentaram tensão desviatória no momento da ruptura superior e deformações menores do que os encontradas em amostras sem inclusão de fibras. Nos ensaios Hollow Cylinder Torsional a inclusão de cimento e fibras alterou o comportamento do material evidenciada pelo aumento da tensão desvio ao final dos ensaios e um comportamento tensão/deformação distinto frente as solicitações multiaxiais.

The mining activity is of great importance on the global and national scenario, contributing widely to the world economic development. However, the increase of ore production leads to an increase of the generation of waste from the practice of extraction and processing of it. Those residues, called mine tailings, need to be deposited after the ore beneficiation process. Due to the large volume of tailings, the dams achieve heights that concern the society about the safety of those structures. Aiming at the deposition of those mine tailings in a safer way, the experimental program of this research was developed to evaluate the mechanical behavior of a cemented iron ore tailings and reinforced with fibers. In order to perform unconfined strength tests, mixtures in the contents of 3%, 5%, and 7%; 0% and 0.5% of fibers and specific weight of 17.5 kN/m³, 19 kN/m³, 20.5 kN/m³, and 22 kN/m³ were performed. For True Triaxial tests, mixtures with cement content of 2.43% and 2.66%; 0% and 0.5% of fibers and specific weight of 17.5 kN/m³ were performed. The results showed that the use of cement and fibers contributed positively to the increase of the unconfined strength of the samples, and that the porosity/volumetric cement content ratio (/Civ0.16) was adequate to describe the behavior of the mixtures in those tests. In True Triaxial tests, different behaviors were observed in response to the same solicitations between materials with and without fiber inclusion, with fiber-included samples exhibiting higher deviatoric stress at failure and lower deformations compared to samples without fiber inclusion. In Hollow Cylinder Torsional tests, the inclusion of cement and fibers altered the material's response, evidenced by increased deviatoric stress at the end of tests and a distinct stress/strain behavior under multiaxial solicitations.