Comportamento geomecânico do minério de ferro sob condições triaxiais monotônicas e cíclicas

Abstract

O ferro é um dos minerais mais amplamente utilizados pela indústria global. Sua exploração ocorre em diversas regiões do mundo, sendo o Brasil o segundo maior produtor mundial, com exportação predominantemente realizada por via marítima para diferentes países. O processo de estocagem e transporte marítimo do minério apresenta riscos de instabilidade, podendo gerar consequências sociais e econômicas significativas. A heterogeneidade das características mineralógicas e dos processos de beneficiamento resulta em variações expressivas nas propriedades dos minérios, tornando essencial a compreensão dessas especificidades para a adequada avaliação de problemas geotécnicos em campo. Para compreender os mecanismos de ruptura, tanto estática em pilhas de estocagem quanto sob carregamentos cíclicos, foram estabelecidos critérios para a avaliação do risco de liquefação, considerando os comportamentos monotônico e cíclico. O estudo teve início com a caracterização geotécnica e mineralógica do minério, seguida pela definição de parâmetros de resistência e pelo estabelecimento das linhas de compressão isotrópica e da linha do estado crítico como elementos fundamentais de caracterização. Para descrever o comportamento sob carregamentos cíclicos, foram analisadas as curvas de degradação do módulo cisalhante para diferentes tensões médias efetivas iniciais, definidas a partir da simplificação do problema em campo. Por fim, foram geradas curvas de resistência à carregamento cíclico, permitindo a comparação do comportamento do minério de ferro com solos granulares. Como resultado, obteve-se uma compreensão mais ampla do comportamento do minério sob diferentes condições de carregamento.

Iron is one of the most widely used minerals in global industry. Its extraction occurs in various regions worldwide, with Brazil being the second-largest producer, exporting primarily by sea to multiple countries. The storage and maritime transport of iron ore pose instability risks, potentially leading to significant social and economic consequences. The heterogeneity of mineralogical characteristics and beneficiation processes results in substantial variations in ore properties, making it essential to understand these specificities for the proper assessment of geotechnical issues in the field. To investigate failure mechanisms, both static in stockpiles and under cyclic loading, criteria were established for assessing liquefaction risk, considering both monotonic and cyclic behavior. The study began with the geotechnical and mineralogical characterization of the ore, followed by the definition of strength parameters and the establishment of isotropic compression lines and the critical state line as key characterization elements. To describe the behavior under cyclic loading, degradation curves of the shear modulus were analyzed for different initial effective mean stresses, defined based on a simplified field problem. Finally, cyclic loading resistance curve were generated, enabling a comparison between the behavior of iron ore and granular soils. As a result, a broader understanding of iron ore behavior under different loading conditions was achieved.