Estudo do comportamento multiaxial de um minério de ferro

Abstract

A mineração, atualmente, representa cerca de 4% do produto interno bruto do brasil. O principal minério extraído é o minério de ferro que conta com cerca de 61,8% de participação no faturamento do setor. Sua extração é feita com o uso de explosivos para desmonte e escavação com pás carregadeiras. O transporte do mesmo, tipicamente, dá-se por estradas de ferro que estão ligadas a portos com navios de grande porte. Devido ao transporte do minério ser realizado na condição fofa e úmida ele fica mais suscetível à ruptura. Assim, o presente trabalho propõe uma análise aprofundada da resposta do minério quando submetido a carregamentos multiaxiais, de forma que se tenha uma melhor compreensão de seu comportamento mecânico para seu transporte de forma segura. Para esta finalidade, é proposto um programa experimental composto de ensaios triaxiais cúbicos com diferentes caminhos de tensão no plano octaédrico (𝜌 = 0, 30, 60, 90, 120, 150 e 180°). Foram utilizados dois tipos de materiais, um composto por areia de Osório, material amplamente estudado cujas características são conhecidas com o intuito de realizar uma verificação do equipamento e estabelecer uma base de comparação, e o outro composto pelo minério de ferro. Os experimentos em ambos os corpos de prova foram feitos a 𝑝′ constante nos quais, para areia de Osório, partirão de 50 e 100 kPa e para o minério de ferro a 100 kPa. Com isso, foi realizada uma avaliação de critérios de ruptura existentes para as respostas dos materiais. Ao realizar a comparação entre os resultados dos ensaios no Triaxial cúbico e analisar-se os gráficos de tensão máxima normalizada pela tensão efetiva média em função do caminho de tensões adotado verificou-se que o minério de ferro possui um maior grau de anisotropia em relação a areia de Osório.

Mining currently represents approximately 4% of Brazil's gross domestic product. The main ore extracted is iron ore, which accounts for about 61.8% of the sector's revenue. Its extraction is carried out using explosives for rock fragmentation, followed by excavation with loaders. The ore is typically transported via railways connected to ports with large vessels. Due to being transported in a loose and moist condition, the ore becomes more susceptible to failure. Therefore, this study proposes an in-depth analysis of the ore's response when subjected to multiaxial loading, aiming for a better understanding of its mechanical behaviour to ensure safe transportation. For this purpose, an experimental programme is proposed, consisting of cubic triaxial tests with different stress paths in the octahedral plane (𝜌 = 0, 30, 60, 90, 120, 150, and 180°). Two types of materials were used: one composed of Osório sand, a well-studied material with known characteristics, intended for equipment verification and as a benchmark for comparison, and the other consisting of iron ore. The experiments on both specimens were conducted under constant 𝑝′, with values starting at 50 and 100 kPa for Osório sand and at 100 kPa for iron ore. An evaluation of existing failure criteria was carried out based on the material responses. By comparing the results of the cubic triaxial tests and analysing the graphs of normalised maximum stress against mean effective stress as a function of the adopted stress path, it was observed that iron ore exhibits a higher degree of anisotropy compared to Osório sand.