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An alternative method for quality control of earthworks in mining tailing dams is described in this article. It is composed by a penetrometer, known by the acronym DCP (Dynamic Cone Penetrometer), and is used primarily in road construction (quality assessment of pavement layers). With this apparatus, strength measurement of superficial layers of natural and compacted soils can be performed, including mine sand tailings, in a fast and efficient manner. The instrument was successfully used in the construction control of an iron ore mining tailings staged dam in the Quadrilatero Ferrifero, in Minas Gerais State, and the results showed distinctly effective densification of the embankment compacted layers, but with a sort of irregularity in their spatial distribution. In addition, field control using the traditional core-cutter method was also performed for comparison between both techniques. Esse artigo descreve a utilização de um método alternativo de controle de qualidade na compactação de aterros em barragens de rejeitos de mineração. O procedimento faz uso de um penetrômetro, conhecido pela sigla DCP (Dynamic Cone Penetrometer), de maior emprego na construção de estradas (avaliação da qualidade de camadas de pavimento). Com esse aparelho, pode ser feita a medição de resistência das camadas superficiais de solos naturais ou compactados, incluindo os rejeitos arenosos de mineração, de forma rápida e eficaz. O instrumento foi utilizado com sucesso no acompanhamento do alteamento de uma barragem de rejeitos de minério de ferro no Quadrilátero Ferrífero, Estado de Minas Gerais, e os resultados mostraram uma efetiva densificação das camadas compactadas, porém de forma irregular no que tange à distribuição espacial no corpo da barragem. Além disso, o controle da compactação também foi feito com método tradicional do cilindro biselado, permitindo a comparação das duas técnicas.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2018-03-15T18:11:50Z No. of bitstreams: 1 167904.pdf: 5901549 bytes, checksum: a56dc636d292874d62593d1a4b8a7b6b (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-15T18:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 167904.pdf: 5901549 bytes, checksum: a56dc636d292874d62593d1a4b8a7b6b (MD5) Previous issue date: 1987-10 Apresenta-se inicialmente neste trabalho o "estado da arte" sobre as técnicas de ensaios triaxiais drenados em areias. Faz-se, também, um estudo sobre um novo método de preparação de corpos de prova utilizando-se a pluviação onde se tem um controle da compacidade do corpo de prova. Estuda-se, a seguir, com sucesso uma técnica simplificada para saturação dos corpos de prova consistindo de uma percolação inicial (com água), com baixos gradientes, com a amostra fora da célula triaxial, submetendo-se-a posteriormente à contra-pressão. É feito, também, um estudo sobre a influência das condições das extremidades do corpo de prova sobre as características tensão-deformação-resistência. Isto é feito a partir do uso de membranas de látex lubrificadas com graxa de silicone colocadas no topo e na base dos corpos de prova. Finalmente, faz-se uma breve análise dos resultados obtidos à luz das abordagens tradicional e da teoria dos estados críticos. This work iniciates with presentation of a state of the art on testing techniques employed in drained triaxial tests on sands. A study of a new method of specimen preparation using pluviation, where the unit weight of the sample can be previously specified, is also presented. ln addition, a simplified saturation technique in which the specimens were submitted, outside the triaxial cell, to a low gradient seepage water, followed by an application of backpressure, is also tested with success. The influence of the free-ends condition on the stressstrain- strength relationship is subsequently investigated through the use of lubricated rubber membranes placed on top and bottom of the specimen. Finally, a brief analysis of the results is made in the light of both the traditional and the critical state approaches.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. O assunto rejeitos de mineração tem sido frequentemente discutido pela indústria e pela sociedade civil. Após as rupturas das barragens das minas Germano e Córrego do Feijão, instalou-se um estado de alerta no Brasil e especialmente nos estados brasileiros com maior concentração de minas. O método convencional de disposição de rejeito vem sofrendo duras críticas e passou a ser questionado até mesmo por profissionais da área. A dificuldade enfrentada por empresas de mineração para a obtenção das licenças para alteamento ou construção de barragens de rejeitos se tornou muito maior. Ao mesmo tempo, as próprias empresas mineradoras já vinham procurando desenvolver técnicas mais seguras para a disposição de rejeitos. Uma dessas técnicas, o empilhamento de rejeito filtrado (ou dry stacking), vem se destacando no cenário atual como uma possibilidade à substituição do método convencional. A possibilidade de se empilhar o rejeito como se fora um depósito de estéril, além de diminuir a extensão da área afetada, proporciona uma estrutura com menor potencial de dano. Dentro desse contexto, o presente trabalho apresenta detalhes e informações importantes quando se considera a aplicação dessa técnica. Além da revisão conceitual, são apresentados exemplos de empreendimentos e projetos de aplicação da técnica que possibilitam reconhecer as características, vantagens, desvantagens, precauções e necessidades, tanto específicos de cada empreendimento, quanto inerentes à execução desse método de disposição. Considerando esse último caso, sem excluir outras providências, como análise criteriosa de custos de capital e operacional, observa-se a importância de: manter-se o controle sobre a densidade e granulometria da polpa que alimenta a planta de filtragem; utilizar tecido filtrante de alta durabilidade e eficiência; disponibilizar local dentro da planta de filtragem para realização das trocas de placas/tecidos; disponibilizar ampla área próxima da pilha de rejeitos para armazenamento temporário do rejeito filtrado; utilizar-se o transporte por correias do rejeito filtrado entre a planta de filtragem e o local de armazenamento temporário; propiciar eficiente sistema de drenagem que colete e desvie os fluxos de água existentes ao redor e na superfície da pilha de rejeitos. Industry, civil society and the media have often discussed mining tailings. Following the rupture of the dams of the Germano and Córrego do Feijão mines, a state of alert have been established in Brazil and especially in the Brazilian states with the highest concentration of mines. The conventional tailings disposal method has come under severe criticism and has been questioned even by mining professionals. The difficulty faced by mining companies in obtaining permits for raising or building tailings dams has become much greater. At the same time, the mining companies themselves were already seeking to develop safer tailings disposal techniques. One of these techniques, the disposal of filtered tailings (dry stacking), has been highlighted in the current scenario as a possibility to replace the conventional method. The ability to stack the tailings as if it were a waste pile, in addition to reducing the footprint, provides a structure with less potential for damage. Within this context, the present work presents important details and information when considering the application of this technique. After the conceptual review are presented examples of enterprises and projects of application of the technique that allow us to recognize the characteristics, advantages, disadvantages, precautions and needs, both specific to each undertaking, and inherent to the implementation of this disposal method. Considering the latter case, without excluding other measures, such as careful analysis of capital and operating costs, it is important to: maintain control over the density and granulometry of the tailings that feeds the filtering plant; use filter cloth of high durability and efficiency; having a place inside the filtering plant to perform plate/tissue changes; having a large area close to the tailings stack for temporary storage of the filtered tailings; conveying the filtered tailings between the filtration plant and the temporary storage site; having an efficient drainage system that collects and deflects existing water flows around and on the surface.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Este trabalho trata da reologia de depósitos de rejeitos de mineração para estudos de ruptura de barragem. O objetivo principal é mostrar como a formação de um depósito de rejeitos impacta as propriedades geotécnicas e reológicas deste material, e as consequências destes resultados nos estudos de simulação de ondas de propagação, resultantes da ruptura de estrutura de contenção destes depósitos. O material utilizado foi um rejeito fino proveniente do beneficiamento do minério de ferro. Foram estudados os fatores que influenciam a reologia deste material, principalmente a sua tensão de escoamento e a transição de comportamento do material de viscoelástico sólido para viscoelástico líquido. Para isto, foi feita a caracterização geotécnica e reológica deste rejeito. Esta última envolveu ensaios rotacionais e oscilatórios, realizados em reômetro moderno. O material apresentou comportamento de fluido viscoso ou viscoplástico, dependendo do teor de sólidos. As propriedades reológicas se mostraram dependentes do teor de sólidos do material e do tipo de preparação da amostra. Os resultados dos ensaios reológicos foram utilizados nas simulações numéricas com o programa Flow3D®. Foi simulada a ruptura de um depósito hipotético de rejeitos, em diferentes cenários, e avaliada a relação entre a distância percorrida (alcance, espalhamento), a velocidade, e o tempo de chegada da onda, com as propriedades reológicas que foram determinadas. Por último, foi explorada a influência da inclinação do depósito e da região a jusante na onda de propagação, característica que resultou em uma diferença expressiva nos resultados da simulação. Foi verificado que a dependência com o teor de sólidos e história de tensões (formação) do depósito resulta em propagações de onda num amplo espectro de caracterização desde Mud flood, passando por Mudflow, até chegar ao escorregamento. This work deals with the rheology of tailings deposits for studies of dam break. The main objective is to show how the formation of a tailings deposit impacts the geotechnical and rheological properties of this material, and the consequences of these results in the studies of simulation of propagation waves, resulting from the collapse of the containment structure of these deposits. The material used was a fine tailings from the iron ore processing. It was also studied the factors that influence the rheology of this material, mainly its yield stress and the transition from a solid viscoelastic material to liquid viscoelastic. For this, the geotechnical and rheological characterization of this tailing was performed. The latter involved rotational and oscillatory tests, performed on the in a modern rheometer. The material showed viscous or viscoplastic fluid behavior, depending on the solids content. The rheological properties were shown to depend on the solids content of the material and on the type of the sample preparation. The results of the rheological tests were used in the numerical simulations using the Flow-3D® software. The failure of a hypothetical tailings deposit was simulated, in different scenarios, and the relationships between the distance covered (range, spreading), the speed, and the time of arrival of the wave with the rheological properties were evaluated. Finally, the influence of the inclination of the deposit and the downstream region on the propagation wave was examined, a characteristic that resulted in a significant difference in the simulation results. It was found that the dependence on the solids content and the stress history (formation) of the deposit results in wave propagation in a wide spectrum of characterization, from mud flood, through mudflow, until a landslide.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Em lavra de mina a céu aberto o transporte de minério e estéril representa grande parte dos custos de operação que incluem os de manutenção de vias e os de operação dos caminhões fora-de-estrada. A magnitude destes custos está atrelada, dentre outros fatores, às condições funcionais das estradas in pit, uma vez que a rugosidade existente em suas superfícies contribui no aumento da depreciação do veículo de transporte, redução de velocidade, aumento do tempo de viagem e, consequentemente, diminuição da produtividade. Nesse estudo, para fins de caracterização in situ utilizou-se a técnica de perfilagem a laser para obtenção das irregularidades longitudinais das superfícies de estradas em duas minas de minério de ferro de grande porte, traduzidas pelo Índice de Rugosidade Internacional (IRI). Dados das irregularidades obtidas por perfilagem a laser foram utilizados para avaliar a influência da rugosidade das estradas de mina nos parâmetros operacionais de transporte como resistência ao rolamento, velocidade média, tempo de viagem, produtividade e custo unitário de transporte dos caminhões fora-de-estrada. Os resultados obtidos permitiram concluir que o aumento da rugosidade da superfície das estradas de mina em uma amplitude de 10 centímetros pode provocar o aumento do coeficiente de resistência ao rolamento em 5%, redução da velocidade média em 25%, aumento do tempo de viagem em 26%, redução da produtividade em 19% e aumento do custo unitário de transporte em 21%. In open pit mining, ore and waste haulage represents a large part of the operating costs that include road maintenance and off-road truck handling. The magnitude of these costs is linked, among other factors, to the functional conditions of in pit roads, since the roughness of their surfaces contributes to the increase of the depreciation of the haulage vehicle, reduction of speed, increase of travel time and, consequently, decreased productivity. For in situ characterization purposes, the laser profiling technique will be used to obtain the longitudinal irregularities of the road surfaces in two large-scale iron ore mines. Data from the irregularities obtained by laser profiling will be used to evaluate the influence of the mine roads roughness on the haulage operational parameters such as off-road trucks rolling resistance, speed, travel time, productivity and costs. The results showed that the increase of the mine roads surface roughness by 10 cm can increase the rolling resistance coefficient by 5%, reduce the average speed by 25%, increase the travel time in 26%, reduced productivity by 19% and increased haulage unit cost by 21%.

Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A inclusão da presença de árvores numa análise de estabilidade de taludes não é muito comum. Do ponto de vista geotécnico, a influência de árvores, resume-se a uma análise qualitativa. Para as análises de estabilidade, as forças decorrentes da presença arbórea não são, normalmente, consideradas. Atribui-se a essa não consideração à dificuldade de obtenção de parâmetros específicos de um sistema arbóreo num determinado talude. Este estudo avalia a influência dos parâmetros de coesão adicional imposta pelo enraizamento, do peso das árvores e da força do vento que, incidindo nas árvores é transmitida para o solo pelas raízes, numa análise de estabilidade em pilhas de estéril revegetadas. A força do vento é a variável mais complexa para ser quantificada dado às incertezas como a velocidade do vento, os coeficientes de arraste e as características locais. Em construções metálicas a força do vento é um parâmetro preponderante num dimensionamento estrutural. Este estudo propõe um modelo, baseado no cálculo estrutural de estruturas metálicas, para avaliação da influência arbórea em taludes naturais e construídos. O estudo apresenta ainda análises de sensibilidade dos parâmetros da vegetação e sua influência de acordo com o posicionamento das árvores em um talude. Os resultados quantitativos encontrados diferem de várias abordagens qualitativas observadas na literatura. O método sugerido foi aplicado numa pilha de estéril de uma mina recuperada. Os resultados encontrados de uma análise geotécnica considerando a presença de árvores em taludes são diversos em função do porte das árvores, do tipo de sistema radicular, da fertilidade ao longo do perfil do solo, da inclinação e posição das árvores no talude e da direção e da velocidade do vento. Os resultados sugerem que árvores de grande porte são indicadas para a base de uma pilha e que para o talude superior árvores de pequeno porte e arbustos são mais adequadas para garantia de estabilidade em longo prazo dos taludes. Including the presence of trees in a slope stability analysis is not very common. From the geotechnical point of view, the influence of trees results in a qualitative analysis. For stability investigations, the forces arising from the tree presence are not normally considered. This lack of consideration is attributed to the difficulty of obtaining specific parameters of a tree system in a given slope. This study evaluates the influence of additional cohesion parameters imposed by rooting, the tree weight and the wind force that, on the trees is transmitted to the soil by the roots, in a stability analysis of revegetated waste rock piles. Wind strength is the most complex variable to quantify given the uncertainties such as wind speed, drag coefficients and local characteristics. In metal towers constructions wind strength is a major parameter considered for design. This study proposes a model, based on the structural calculation of metallic structures, to evaluate the tree influence on natural and built slopes. The study also presents sensitivity analysis of vegetation parameters and their influence according to the trees positioning on a slope. The quantitative results found differ from several qualitative approaches observed in the literature. The suggested method was applied to a waste rock pile from a reclaimed mine. The geotechnical analysis results considering the presence of trees in slopes are diverse depending on the size of the trees, the type of root system, the fertility along the soil profile, the slope and position of the trees on the slope and the direction of wind speed. The results suggest that large trees are indicated for the base of a pile and for the upper slope small trees and shrubs are better suited to guarantee long-term slope stability.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Este trabalho trata de análises tridimensionais de adensamento a grandes deformações aplicadas na disposição de rejeitos em cavas de mineração. Os objetivos principais foram estimar a capacidade de uma cava e o tempo gasto para preenchê-la com rejeitos finos dentro de um estudo de caso real de adensamento. Outros resultados importantes da análise incluem perfis de porcentagem de sólidos, índices de vazios, variação da densidade média seca, poropressões, além da deformada da superfície no longo prazo, no período pós-operacional. Os materiais de enchimento foram dois rejeitos finos de beneficiamento de minério de ferro, um deles assemelhado a solo silto-argiloso de baixa plasticidade, e o outro de natureza siltosa, de permeabilidade dez vezes maior. As relações constitutivas do fenômeno de adensamento foram determinadas por meio de ensaios de adensamento hidráulico, HCT (Hydraulic Consolidation Test). Para as análises, foi utilizado um algoritmo que produz soluções aproximadas do problema tridimensional utilizando o programa computacional CONDES0 da Universidade do Colorado em Boulder nos Estados Unidos para os cálculos de adensamento. Duas soluções são executadas que limitam a solução exata, denominadas de limites superior e inferior, estabelecidas com base no deslocamento ou não do terreno de fundação, respectivamente. Para fins de estudo, análises de sensibilidade também foram realizadas, incluindo adensamento “instantâneo”, dupla drenagem, e variações de produção de rejeitos. Considerações de cenários de co-disposição de um rejeito mais permeável e a lama original do caso base são também abordados no trabalho, onde a elevação simultânea dos rejeitos e a partilha na ocupação do reservatório são buscadas por tentativas e erros, dada a natureza não linear do problema de adensamento. This research deals with three-dimensional analyses of large strain consolidation applied to tailings disposal in mining pits. The main goals were to estimate the capacity of a pit and the time spent to fill it with fine tailings in a real case study of consolidation. Other important results of the analysis include profiles with depth of solids content, void ratio, average dry density, water pore pressure, besides long term surface deposit geometry in the, in the post-operational period. Fill materials were two fine iron ore beneficiation tailings, one resembling low plasticity silt-clay soil, and the other of silty nature, ten times more permeable. The constitutive relationships of the consolidation phenomenon were determined by means of Hydraulic Consolidation Test (HCT). For the analyzes, an algorithm was used that produces approximate solutions of the three-dimensional problem using the CONDES0 computational program of the University of Colorado at Boulder in the United States for consolidation calculations. Two solutions are executed that limit the exact solution, denominated upper and lower bound, established with base on the displacement or not of the foundation ground, respectively. For purposes of study, sensitivity analyzes were also performed, including "instantaneous" consolidation, double drainage, and tailing variations. Considerations of co-disposal scenarios of the more permeable tailings and the original slime of the base case are also addressed in the work, where simultaneous raising of the tailings and sharing in the reservoir occupation are sought by trial and error, given the non-linear nature of the consolidation problem.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A pesquisa investiga o impacto das técnicas de reconstituição de amostras de solos de transição (solos siltosos) e rejeitos arenosos de mineração na avaliação da susceptibilidade à liquefação de depósitos naturais e aterros hidráulicos de barragens formados por esses materiais. O estudo é realizado com base na análise de resultados de ensaios triaxiais em amostras reconstituídas. Diferentes modos de preparação de amostras são revistos, incluindo técnicas tradicionais, e muito utilizadas na prática, e outra de desenvolvimento mais recente. Faz-se uma discussão sobre os arranjos estruturais das partículas (“fabric”) obtidos pelos diferentes métodos de reconstituição de amostras, permitindo a confrontação de cada um deles com aquele real, in situ, de solos naturais ou de depósitos de rejeitos. A análise comparativa de susceptibilidade à liquefação de rejeitos arenosos é empreendida a partir da execução de ensaios triaxiais estáticos de compressão axial não drenados (CU) sob corpos de prova preparados segundo as técnicas de compactação com soquete, “moist tamping”, e de deposição de polpa “slurry deposition”. Verifica-se certa disparidade quanto ao comportamento observado nos ensaios como contráctil no caso da técnica de compactação com soquete e dilatante na técnica de deposição da polpa, corroborando resultados obtidos por outros pesquisadores. Conclui-se que é preciso suscitar uma visão crítica no uso de ensaios de laboratório para o estudo de liquefação. The aim of this research is investigate the liquefaction susceptibility of natural transition soils (silt soils) and sandy mining tailings by experimental laboratory techniques. The main aspect analyzed is how techniques of samples reconstitution impact on the results obtained in static undrained triaxial tests. Different methods of sample preparation are reviewed, including traditional and widespread techniques, and a newly developed one. An initial study on the "fabric" or particle structural arrangement, which constitute the natural soils and tailings deposits, goes along as a critical reference for outcome measures of test carried out on specimens molded according to various techniques. In addition, the comparative liquefaction potential assessment of sandy tailings in assumed original condition by reconstituted specimens using different methods of sample preparation is analyzed towards undrained static triaxial tests, prepared according to the moist tamping and with the slurry deposition techniques, both elaborated in more loose and compact form. The scientific study outcome will allow a critical view from specimens preparation techniques in liquefaction study.

Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A atividade de mineração possui um grande potencial de impacto ambiental uma vez que trabalha a extração de recursos minerais não renováveis em grandes extensões, que são essenciais no desenvolvimento de uma sociedade, e que geram volumes consideráveis de rejeito. As barragens de rejeito são uma opção largamente utilizada para a destinação de resíduos provenientes do processo de extração e beneficiamento do minério e são categorizadas com base na altura, tipo de material do reservatório, danos potenciais associados, categorias de risco, dentre outros. Todas as barragens em construção, em operação e desativadas devem ser declaradas, anualmente, aos órgãos fiscalizadores, com o objetivo de promover o planejamento e a regulação da exploração mineral, bem como o aproveitamento dos recursos minerais, assegurando, controlando e fiscalizando o exercício das atividades de mineração. Cada órgão estabelece os critérios de classificação que devem ser observados pelos empreendedores na definição das classes de barragens e, consequentemente, aos requisitos que devem ser obedecidos para que as estruturas se apresentem em conformidade. Atualmente, existem dois tipos de classificação vigentes no país, cada uma com a sua regulamentação normativa, levando a uma grande divergência nas informações de cadastro, mesmo considerando que as estruturas cadastradas nos dois sistemas são as mesmas. Desta forma, é perceptível que não há uma convergência entre os sistemas de classificação propostos, o que resulta em um desencontro de informações e a uma efetividade reduzida nos princípios de fiscalização que permeiam estes órgãos. Uma vez que o principal objetivo dos projetos, da operação, do monitoramento e da fiscalização de barragens de rejeito é a contenção segura de resíduos depositados, deve haver uma integração contínua de gerenciamento destas estruturas, principalmente na unificação dos critérios a serem considerados nesta gestão. Mining activity has a great potential for environmental impact as it works the extraction of non-renewable mineral resources in large areas, which are essential in the development of a society, and that generate large volumes of waste. The tailings dams are a widely used option for the disposal of waste from the extraction and beneficiation process and are categorized based on the height and type of material in the reservoir, potential damage associated risk categories, among others. All dams under construction, operation and disabled must be reported annually to the regulatory agencies, in order to promote the planning and regulation of mineral exploration and the exploitation of mineral resources, ensuring, controlling and supervising the exercise of mining activities. Each agency sets out the criteria that must be observed by the companies in the definition of dams classes and, consequently, the requirements that must be met so that the structures are presented accordingly. Currently there are two types of current rating in the country, each with its normative regulation, leading to a large divergence in the registration information, even considering that the structures registered in the two systems are the same. Thus, it is apparent that there is a convergence between the proposed classification systems, which results in a mismatch of information and a reduced effectiveness in the monitoring principles that underlie these institutions. Since the main objective of the project, operation, monitoring and surveillance of tailings dams is the safe containment of waste deposited there must be a continuous integration management of these structures, especially in the unification of the criteria to be considered in this management.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Esta dissertação apresenta uma formulação através do método das diferenças finitas para análises não lineares, física e geométrica, do problema de adensamento unidimensional usando uma formulação Lagrangiana. A não linearidade física do material é levada em consideração pela relação não linear entre o coeficiente de permeabilidade e a tensão efetiva com o índice de vazios, definida como variável primária. A formulação numérica é implementada num código computacional escrito em linguagem de programação Fortran denominado AC-3.0 e o modelo numérico é verificado comparando os resultados numéricos, em termos de variação temporal da distribuição espacial do índice de vazios e variáveis secundárias ao longo da camada de solo mole, com os resultados analíticos e numéricos encontrados na literatura específica. É observada boa concordância entre os resultados analíticos e numéricos. Uma comparação entre as formulações geométricas lineares e não lineares destaca a importância da formulação não linear para problemas de adensamento de materiais compressíveis com alta distribuição de índice de vazios inicial. This paper presents a formulation of the finite difference method for geometric nonlinear analysis of one-dimensional consolidation problem by using a Lagrangian formulation and by considering a material physical nonlinearity. The material physical nonlinearity is taken into account by the nonlinear relationship between the permeability coefficient and effective stress with the void ratio, defined as primary variable. The numerical formulation is implemented in the computational code written in Fortran programming language (AC-3.0) and the numerical model is verified by comparing the numerical results, in terms of the variation in time of the distribution of void ratio and secondary variables through soil layer, with the analytical and semi-analytical results found on the specific literature. Good agreements are observed between the analytical and numerical results. Comparison between the geometric linear and nonlinear formulations highlights the importance of the nonlinear formulation for consolidation problems of high compressible materials and high void ratio distribution of initial condition.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. O presente trabalho propõe a padronização de procedimentos para a obtenção e gerenciamento de estradas de mina, em lavra de minério de ferro, dentro do Quadrilátero Ferrífero, com foco em um sistema de classificação dessas vias. O trabalho foi todo desenvolvido dentro de um contexto real da mineração, através da seleção de uma unidade representativa das condições gerais de estradas e envolvendo o pessoal que atua no setor. A sequência metodológica contou com uma extensa revisão das práticas correntes, nivelamento teórico dos participantes da pesquisa, formalização da experiência existente e sugestões de melhoria, através de workshops e visitas técnicas e, finalmente, a consolidação do trabalho com a produção de vários documentos técnicos e científicos. A unidade selecionada para a condução do trabalho foi o Complexo de Itabira, em Minas Gerais, onde as estradas de mina foram divididas em acessos principais, acessos secundários, e acessos à praça (de lavra ou de descarga, quando em depósitos de estéril), com base em critérios de funcionalidade, permanência, extensão e nível de serviço. Além da definição das classes e dos critérios de classificação, para cada categoria de estrada foi determinado um conjunto de fatores a serem observados nas três mais importantes macroatividades das estradas – projeto, construção e manutenção – grupados na forma de matrizes. Tal classificação guia a obtenção de uma estrada adequada dentro de sua função, ao mesmo tempo em que contribui para a racionalização do uso de recursos no planejamento de produção. Os resultados desse trabalho quanto às matrizes de fatores são diferenciados. As definições dos requisitos que, para os mineradores, produzem maiores impactos sobre as estradas e sobre os quais o conhecimento prévio era maior (projeto geométrico, projeto de drenagem e manutenção) foram mais conclusivas e enfáticas, do que aqueles relacionados às demais etapas (projeto de pavimento e construção), que são conduzidas com menos critério. Acredita-se que essa classificação de estradas de mina tem grande potencial de utilização, contando com os ajustes devidos à propagação de seu uso e a necessária complementação de análises econômicas comparativas. Espera-se que essa nova visão do tema possa se estender também para estradas de mina de lavras de outros minérios e em diferentes cenários. This research propose the standardization of procedures around obtainment and management of mine haul roads, in iron ore mining, within the Quadrilátero Ferrífero, focusing on a classification system of these structures. The work was developed within a real context of mining, through the selection of a representative site about the general conditions of roads and involving staff acting in the sector. The methodology was composed by an extensive review of current practices, a theoretical leveling of the research participants, the formalization of existing experience and improvement suggestions, through workshops and technical visits, and finally, the consolidation of all information with the production of various technical and scientific documents. The selected site for the research conduction was the Itabira Complex, in Minas Gerais, where the mine haul roads were divided main access, secondary access, and access to the (load or discharge, when in waste dumps) square, considering functionality, permanence, extent, and service level criteria. Besides the definition of classes and of classification criteria, for each mine haul road category was given a factors set to be observed in the three most important macro activities involving roads – design, construction and maintenance – grouped in matrices. This classification guides the obtainment of a proper mine haul road, within its function, while contributing to a rational use of resources, in production planning. The results of this research, about the factors matrices, are differentiated. The requirements definition related to macro activities, which for miners have higher impacts on the mine haul roads and on which the prior knowledge was greater (geometric design, drainage design and maintenance) were more conclusive and emphatic, than those related to other stages (pavement design and construction), which are conducted under criterion. It is believed that this mine haul road classification system has a great use potential, mainly with the adjustments due to the spread of its use, and the necessary complementation with comparative economic analyses. It is hoped that this new view of the subject “mine haul roads” can also be extended for access of other minerals mines and in different scenarios.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Geotécnica. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. As empresas de mineração têm gerado volumes cada vez maiores de rejeitos provenientes do processo de beneficiamento. Por este motivo novas pilhas e barragens de rejeitos têm sido projetadas e construídas com elevações cada vez maiores em áreas de forte restrição ambiental e reguladora. A maioria dos projetos destas grandes estruturas tem sido realizada por meio de métodos empíricos e analíticos por equilíbrio limite. Este trabalho foi desenvolvido para uma barragem de rejeito arenoso com base em análise de campanhas de ensaios. Foram feitos estudos tensão deformação do processo construtivo e operacional, modelados por meio de modelos constitutivos não lineares. O estudo contemplou o acoplamento de fluxo transiente e permanente em zonas saturadas e não saturadas. A solução numérica foi obtida por elementos finitos, com apoio do sistema computacional GeoStudio 2012, módulos Sigma e Seep. Com base nos resultados numéricos foi possível fazer uma análise geral do comportamento predito para a barragem em termos de recalques, tensões, interação entre os elementos da estrutura, posicionamento da linha freática, estimativa de vazão, dentre outras informações de relevância. Os ensaios de laboratório mostraram certa dispersão para alguns parâmetros geotécnicos, em relação ao comportamento clássico da mecânica dos solos. Os estudos tensão deformação foram realizados por meio dos modelos constitutivos Elasto-Plástico, Hiperbólico e Cam Clay. O uso destes três modelos proporcionou uma análise crítica do estudo avançado e suas ponderações em termos práticos. No caso em questão, o comportamento dos três modelos mostrou-se consistente, sendo mais instável o comportamento numérico do modelo Hiperbólico. Os resultados do estudo de caso da barragem mostraram recalques compatíveis com a estrutura e elementos de drenagem, piezometria adequada para condições de contorno e de fluxo implementadas. Mining companies have been generating increasingly large volumes of tailings resulting from the ore beneficiation process. As a consequence, new and higher tailings storage facilities and dams have been designed and built in areas subject to strict environmental and regulatory restrictions. Most of these large structures have been designed according to empirical and analytical methods based on limit equilibrium models. This study has been developed for an embankment dam made of the coarse sand fraction of tailings based on the results of testing campaigns. Stress-strain analyses were conducted for the construction and operational process modeled by means of nonlinear constitutive modeling. The study comprehended the combination of transient and permanent flow in saturated and unsaturated zones. A numerical solution could be secured via the finite element approach supported by the GeoStudio 2012 suite, modules Sigma and Seep. Based on the numerical results, we conducted an overall analysis on the predicted behavior of the dam in terms of settlement, stress, interaction among structural elements, location of the water table, flow estimate, among other relevant information. The lab tests showed dispersion, to a certain extent, of some geotechnical parameters when compared to the classical soil mechanics analysis. The stress-strain analyses were based on the Elastoplastic, Hyperbolic and Cam Clay constitutive models. The use of these three models allowed reviewing the advanced analysis and its respective weighting factors in practical terms. In this particular case, the three models behaved steadily, but the numerical behavior of the hyperbolic model was less stable than the others’. The findings of the dam case study showed that the settlements are compatible with the structure and drainage elements, as well as between piezometers and boundary/flow conditions.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camila Loss dos Santos Cunha.pdf: 1837978 bytes, checksum: 3b4c8a5f811b16b50cafa9b37b221389 (MD5) Previous issue date: 2012-12-20 Most theories in geotechnical engineering have been proposed and are applied to pure clay and clean sand and not deal with problems involving soil mixtures. However, due to variability of soil found in nature, there is essential for more knowledge of geotechnical properties of mixtures of clay and sand. This study collected published research about geotechnical behavior of mixtures of clay and sand to evaluate experimental results using the normalization proposed by Castello and Polido (1994). These equations quantify the influence of sandy fractions in plasticity and one-dimensional compressibility of clay and sand mixtures with different fractions on the total mass of the dry mixture. And, these equations have been proposed for clays with "same sandy", where compression occurs exclusively in the clay matrix, in a practically uniform and without stress concentration. The results of onecompression dimensional tests, molded into samples in the laboratory for different mixtures of clay and sand, evaluated in this study, indicates a linear relationship between the values of index compression primary and the fraction of fines in mixtures with clay and sand in percentages over 20% clay. The same tendency was observed in the variation of the Atterberg limits with the fraction of fines in different mixtures of clay and sand, since these index properties are correlated with the compressibility of the fines soil. In this case, the identification clays with "same sandy" are valid and the sandy fraction can be considered inert in the mixture of clay and sand. Is also studied in this work, the correlations published in the literature of values of Atterberg limits and the relative values of index compression primary to different mixtures of clayey soils A maior parte das teorias em engenharia geotécnica foram propostas e são aplicáveis a argilas puras e areias puras e não tratam de problemas envolvendo misturas de solos; porém, devido à variabilidade dos solos encontrados na natureza, verifica-se a necessidade de um maior conhecimento das propriedades geotécnicas de misturas de argila e areia. Este trabalho reuniu pesquisas publicadas sobre o comportamento geotécnico de misturas de argila e areia a fim de avaliar, por meio de resultados experimentais as normalizações propostas por Castello e Polido (1994). Essas equações permitem quantificar a influência de frações arenosas na plasticidade e compressibilidade unidimensional de misturas de argila e areia com diferentes frações relativas à massa total seca da mistura. E foram propostas para argilas pouco arenosas , onde a compressão ocorre exclusivamente na matriz argilosa, de forma praticamente uniforme e sem concentração de tensões. Os resultados dos ensaios de compressão unidimensional, em amostras moldadas em laboratório para diferentes misturas de argila e areia ora avaliados indicam uma relação linear entre os valores do índice de compressão primária e a fração de finos nas misturas de argila e areia com porcentagens superiores a 20% de fração de finos. A mesma tendência foi observada na variação dos valores dos limites de Atterberg com a fração de finos em diferentes misturas de argila e areia, uma vez que tais propriedades índices estão correlacionadas com a compressibilidade dos solos finos. Nesse caso, é válida a identificação de argila pouco arenosa e a fração arenosa pode ser considerada inerte na mistura; são avaliadas também as correlações publicadas na literatura entre valores dos limites de Atterberg e os correspondentes valores de índice de compressão primária de diferentes solos argilosos

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:05:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernanda Vescovi Goncalves 1.pdf: 4104793 bytes, checksum: 7c22c0d324845c2dc40c6e98de51cd73 (MD5) Previous issue date: 2012-10-25 The van Genuchten (1980) equation has been widely used in the literature to represent analytically the soil water retention curve, and there are several published database tables which allow estimate the van Genuchten (1980) parameters (VG parameters) for different soils and regions. The equation enables one to derive closed-form analytical expressions for the unsaturated hydraulic conductivity function using Burdine (1953) and Mualem (1976) models. The objective of this dissertation is to study published database tables of the retention and hydraulic conductivity functions for different soils (Wosten et al.; 1999; Schaap et al., 2001; Hodnett and Tomasella, 2002; and Gerscovich and Sayão, 2002), and quantify the variation of VG parameters with the grain size distribution of these soils. The different experimental methods, the large variability of soils, and the lack of complete information of the soil properties of the investigated data, and the lack of physical meaning of VGparameters did not allow to define functions to quantify the variation of VGparameters with the grain size distribution for the investigated soils. The results suggest that there is no dependency between the VG parameters and the fine content of the investigated silty sand soils when the percentage of fines is such that it fills all large grains voids. In this case, the limited classification based only on soil texture can not be used to estimate the VG parameters. The variation of saturated hydraulic conductivity with fines content provides a useful means of assessing the existence of the dependency between the VG parameters and the soil texture. For the silty sandy soils evaluated in this study, when the fines content is higher that 30% there is no dependency between the VG parameters and the fines content. It is also observed that the soils that do not exhibit a significant difference in their saturated hydraulic conductivity values may exhibit large variations in their unsaturated hydraulic conductivity values depending on their fines content. For high suction values, the relative permeability of the soil specimens with 10% of fines content can be up to 1016 times lower than that of the soil specimens with 90% of fines content Uma das equações mais utilizadas na literatura para representar analiticamente a curva de retenção de água no solo foi proposta por van Genuchten (1980) e, existem vários bancos de dados publicados com valores dos quatro parâmetros independentes de ajuste da equação para diferentes tipos de solos e regiões. A equação de van Genuchten (1980) possibilita a determinação de uma expressão analítica para a função de condutividade hidráulica de solos não saturados a partir dos modelos propostos por Burdine (1953) ou Mualem (1976). O objetivo deste trabalho é estudar curvas de retenção e condutividades hidráulicas publicadas na literatura para diferentes tipos de solos (Wosten et al.; 1999; Schaap et al., 2001; Hodnett e Tomasella, 2002; e Gerscovich e Sayão, 2002) e quantificar a variação dos parâmetros de van Genuchten (1980) com a distribuição granulométrica desses solos. Os diferentes métodos experimentais utilizados para determinar esses dados, a grande variabilidade de solos e regiões diferentes dos dados, a falta de informação completa das propriedades geotécnicas dos solos e a falta de significado físico dos parâmetros de van Genuchten (1980) não possibilitaram definir uma função que quantifique a variação dos parâmetros de de van Genuchten (1980) com a distribuição granulométrica para os solos analisados neste trabalho. As análises realizadas sugerem que não existe dependência entre o teor de finos/textura de solos granulares com finos e os parâmetros da equação de van Genuchten (1980) quando o percentual de finos é tal que preenche todos os vazios das partículas mais grossas. Neste caso a classificação exclusivamente por textura não pode ser usada para estimar os parâmetros de van Genuchen (1980). A variação da permeabilidade saturada com o teor de finos pode ser uma forma de indicar o valor do percentual de finos que isto acontece. Para os solos arenosos siltosos analisados este percentual de finos é aproximadamente 30%. Verifica-se que os solos que não apresentam uma diferença significativa na permeabilidade (condutividade hidráulica saturada) podem apresentar grandes variações nos valores da condutividade hidráulica não saturada dependendo do teor de finos desses solos, tal que para altos valores de sucções a permeabilidade relativa das amostras com até 10% de finos pode ser até 1016 vezes menor que a das amostras com percentual de finos superior a 90%

Este trabalho apresenta um estudo sobre a capacidade de suporte de praias de rejeitos de mineração, investigando fatores de maior influência como aqueles representados pelo nível freático (Nível d’água) e pela sucção, quando presente. Para a avaliação da capacidade de suporte introduz-se o aparelho DCP (Dynamic Cone Penetrometer), um instrumento da classe dos penetrômetros portáteis, muito utilizado em trabalhos de estradas rodoviárias em diversos países, inclusive no Brasil. A construção de um aterro de alteamento de uma barragem de rejeitos de mineração de ferro foi a oportunidade que se apresentou para que a pesquisa pudesse ter a parte experimental em condições reais. Neste caso além do interesse com a fundação do dique de alteamento (método de montante), aproveitou-se também para conhecer a técnica construtiva e principalmente usar o DCP também para o controle de qualidade da compactação das camadas. Para a realização desses objetivos, houve um trabalho extenso de caracterização do rejeito das praias com ensaios de laboratório geotécnico e mineralógico. Além disso, houve a necessidade de uma campanha de ensaios DCP no laboratório para obtenção de correlação que pudesse ajudar no controle de campo da compactação. Os resultados da pesquisa indicaram que a prática atual utilizada na indústria produz uma estrutura satisfatória e que isso poderia ficar mais bem evidenciado e mais facilmente controlado com o uso da tecnologia apresentada. This work presents a study about bearing capacity of mining tailings beaches, investigating main fators such those represented by phreatic level (underground water table) and suction, when present. For bearing capacity evaluation the DCP (Dynamic Cone Penetrometer) apparatus is introduced, a kind of portable penetrometer with large use in highway works in several countries, including Brazil. The raising of a tailings dam was the opportunity given for the development of the experimental part of this research in real conditions. Besides the dike foundations concerns (upstream method), a focus was also set on the construction technique, and more importantly in the use of DCP for layering compaction quality control. To reach those goals, a comprehensive laboratory work was performed with geotechnical and mineral characterization. In addition, a program was set to build a correlation between DCP values and a quality control parameter for compaction to use in the field. The research results indicate that the industry practice nowadays is satisfatory and that it could be more visible and easily controlled with the use of the proposed technology.

A atividade de extração mineral traz consigo a produção de uma quantidade variável de materiais de pouco ou nenhum valor econômico, respectivamente minério pobre ou estéril. Enquanto o manejo do minério pobre responde a uma estratégia de negócio e tem um caráter de provisoriedade, a remoção do estéril da área de lavra e sua disposição final são atividades que podem ter um impacto desfavorável no desenvolvimento de uma mina com implicações de ordem econômica, de segurança e ambiental. Esses aspectos relativos ao manejo de estéreis são tão mais significativos nos dias de hoje face aos grandes volumes movimentados nas operações mineiras, maior escassez de áreas adequadas à disposição, especialmente em empreendimentos mais antigos, e maior exigência dos órgãos reguladores. Essa situação faz com que seja necessário um maior esforço de planejamento das atividades de projeto, construção, operação e reabilitação das estruturas finais geradas pela movimentação dos estéreis. O presente trabalho baseia-se numa proposta de classificação de pilhas de estéril do ponto de vista da sua estabilidade física. O Sistema de Classificação foi apresentado pelo governo canadense na obra intitulada “Mined Rock and Overburden Piles” (BC Mine Waste Rock Pile Research Committee, 1991). O sistema baseia-se na avaliação ponderada de fatores que podem afetar a estabilidade física de uma pilha. A avaliação das pilhas é feita de uma forma semi-quantitativa e o resultado permite atribuir uma determinada categoria de pilha (classe) de acordo com seu potencial de instabilidade. Estas classes definem um nível de esforço recomendado para investigação, projeto, construção e monitoramento da pilha. Para a execução deste trabalho foi realizada uma pesquisa documental e um posterior trabalho de campo a fim de aplicar as informações coletadas sobre as pilhas no sistema V I de classificação, e deste modo avaliar o desempenho dessas estruturas diante da realidade da mineração de ferro. Foram escolhidas e classificadas três pilhas de estéril da Vale dentro do Quadrilátero Ferrífero. Os resultados foram interpretados e discutidos de modo a se chegar a uma classe de estabilidade para as pilhas em estudo. Além disso, foi possível examinar se o nível de esforço recomendado de cada classe estava de acordo com o executado. Como foram coletados muitos dados, foi possível também apresentar uma análise das características gerais das pilhas e o seu manejo por uma grande empresa de mineração de ferro. O sistema de classificação proposto mostrou que se trata de uma ferramenta muito útil tanto no planejamento, como também na avaliação de todas as fases da vida de uma pilha, atingindo um nível razoável entre a aplicabilidade e a facilidade do método. Mineral extraction generates a variable amount of materials of little or non economic value, poor ore or waste respectively. While management of poor ore responds to a business strategy and has a provisional character, the removal of mining waste and its final disposal are activities that may have an unfavorable impact on the development of a mine with economic, safety and environmental implications. These aspects of waste management are much more significant nowadays due to larger volumes displaced in the mining operations, greater shortage of suitable areas available, especially in older mines, and more strict regulations. This situation requires a lot of more effort in planning activities such as design, construction, operation and rehabilitation of structures generated by piling the mining waste. This work is based on a proposed classification of waste dumps according to their physical stability. The Classification System was first presented in a publication issued by the Canadian Government called “Mined Rock and Overburden Piles” (BC Mine Waste Rock Pile Research Committee, 1991). The classification system is based on the evaluation of key factors affecting the stability of a waste dump. The evaluation of waste dumps is made in a semi-quantitative way and the result allows to assign a certain category of dump (class) according to their instability potential. These classes define a recommended level of effort for investigation, design, construction and monitoring of the dumps. For implementation of this project, an extensive document search was carried out, followed by a field work in order to apply the collected information into the mine dump classification and therefore evaluate their performance in face of the iron ore mining reality. V I II Three Vale’s waste dumps located in Minas Gerais state within the Quadrilátero Ferrífero district were selected and classified. The results were interpreted and discussed in order to reach a class of stability for each dump. Furthermore, it was possible to examine whether the recommended level of effort of each classified dump (expected) was in accordance with the actual situation. As a great amount of data was collected, it was also possible to present general characteristics of the iron ore waste dumps and their management by a major mining company. The proposed classification system showed that it is a very useful tool for both planning and evaluation of all stages of a waste dump life, reaching a reasonable balance between applicability and easiness.

Este trabalho apresenta um estudo sobre construção de aterros em depósitos estratificados de rejeitos de mineração, onde se investiga o método construtivo de ponta de aterro através da construção de um aterro experimental dotado de instrumentação para registro de variações de poropressão e de deslocamentos. No monitoramento da obra, utilizou-se, também, o método observacional com acompanhamento integral da construção com vistas a correlacionar todos os eventos construtivos com as variáveis geotécnicas. Os serviços preliminares foram importantes para o sucesso da pesquisa na medida em que fizeram um levantamento detalhado do terreno, possibilitaram um bom planejamento da instrumentação e realizaram testes com os medidores de poropressão, inclusive em situações de campo, dando confiança às medidas obtidas durante a construção. O estudo analisa de forma inovadora questões referentes ao desenvolvimento de poropressões construtivas bastante elevadas e deslocamentos significativos das estruturas num meio estratificado, dando destaque aos fenômenos físicos observados de liquefação estática localizada e levantamento de terreno. As análises realizadas sobre o potencial de liquefação do depósito estudado (baia 2) corroboraram os resultados experimentais obtidos, indicando que a situação atual do depósito frente a construções esteve sempre presente na história de formação do depósito. O estudo de estabilidade da obra do aterro teste foi realizado com muito detalhe, investigando-se diversos modos de ruptura presentes na construção do forro, etapa inicial, o que trouxe ensinamentos importantes sobre o método construtivo em depósitos estratificados. Entre os cenários de análise, destaca-se o caso que investiga a construção de um forro de uma estrutura de reforço de uma obra pré-existente, nas condições do depósito, e mostra a instabilidade que se gera na estrutura a ser protegida, levando-a a ruptura. As principais questões sobre a execução de obras assentes em depósitos de rejeitos mostram, então, a importância do manejo, do conhecimento sobre a estratigrafia do terreno e da definição correta dos mecanismos e instabilidades possíveis/prováveis de ocorrer. Todos esses aspectos foram abordados com sucesso no trabalho e podem ajudar no projeto e construção de obras semelhantes. This work presents a study regarding construction of earth fills on mine tailings impoundments with stratified profile (alternate layers of permeable and less permeable material). The end dump construction method is examined by means of an experimental embankment monitored with instruments such as piezometers and surface monuments. Monitoring was also performed using the observational method with a full time resident engineer in order to allow correlation between construction events and changes in the geotechnical variables measured by the instruments. Preliminary services were important for the research achievements as they provided a detailed topographic survey of the area, the embankment design including the instrumentation plan and testing of porepressure probes in the lab and in the field. In an innovative way, the research analyses questions regarding the development of high constructive pore pressures and large displacements in the stratified medium, where physical phenomena of static liquefaction and uplift hydraulic failure were observed. Evaluations of static liquefaction potential of the terrain according to well known methods were performed and confirmed what was observed in the field, showing that those conditions have always been present in the impoundment history. Physical stability of the testing earth structure was examined in detail throughout its construction, with different failure modes being investigated, which brought important lessons regarding the end dump construction on stratified deposits. Among the stability scenarios, it is highlighted the one where there is a construction of the base layer of a buttress fill for an existent structure. It is shown the instability generated by that construction in the structure intended to be reinforced, leading it to failure. The main questions related to construction on tailings deposits raised in the research demonstrate the importance of tailings management, the understanding of the deposit stratigraphy and the correct definition of the possible failure mechanism and instabilities. All of these aspects were successfully addressed and may help the design and construction of similar works.

Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Os depósitos de lamas (rejeitos finos) normalmente apresentam características geotécnicas desfavoráveis em virtude da elevada compressibilidade e da reduzida resistência ao cisalhamento, sendo essas características mais pronunciadas quando os processos físicos de adensamento e ressecamento ainda não ocorreram ou estão em estágios iniciais. Desta forma, a construção de qualquer estrutura sobre os depósitos de lamas tais como: diques, acessos, coberturas, dentre outras se apresentam como um grande desafio. Dentro deste contexto, esta pesquisa busca desenvolver uma metodologia para a previsão da evolução dos perfis de resistência não drenada dentro de um depósito de lamas, sendo necessário para isso, a obtenção de uma relação constitutiva entre o índice de vazios e resistência não drenada. Essa relação foi obtida para a lama proveniente da planta de beneficiamento da Unidade de Germano da Samarco Mineração S.A., através de ensaios de laboratório e monitoramento/ensaios de campo. Trabalhos anteriores focaram os estudos nas propriedades dessa lama no que diz respeito a sua compressibilidade, adensamento e ressecamento para aplicações voltadas a estocagem da mesma (Botelho, 2001; Silva, 2003 & Almeida 2004). A modelagem destes processos físicos foi proposta por Almeida (2004) e analisada em um estudo de caso por Lima (2006). Sendo assim, essa pesquisa vem complementar e fechar os trabalhos anteriores, analisando as características de resistência desse material. A metodologia desenvolvida mostrou grande potencialidade para a determinação da relação entre índice de vazios e resistência não drenada. Essa relação obtida foi usada de forma associada com o algoritmo numérico CONDES (Yao & Znidarcic, 1997), permitindo a previsão de perfis de resistência não drenada de depósitos de lama em função do manejo adotado. As análises mostraram que o manejo adotado afeta grandemente as características de resistência dos depósitos, bem como a estabilidade de estruturas construídas sobre os mesmos, destacando-se aí as coberturas comumente utilizadas na reabilitação de depósitos de lamas. The slurry impoundments (fine coarse tailings) usually show disadvantageous geotechnical features due to high compressibility and low shear strength, with these features greater when physical process of consolidation and desiccation don’t happen yet or when these process are in initial stages. This way, the construction of any structure on slurry impoundments like: dikes, accesses, covers and others presents a big challenge. In this context, this research examine to development a methodology to anticipate the evolution of undrained shear strength profiles on a slurry deposit, being necessary for that, to obtain the a constitutive relation between void ratio and undrained shear strength. This relation was obtained for the slurry produced at the milling facility of Germano/Samarco Mineração S.A, trough laboratory tests and field monitoring/tests. Previous researches focus in the compressibility properties of this slurry and apply the results in consolidation and desiccation analyses (Botelho, 2001; Silva, 2003 & Almeida 2004). The modeling of these physical processes was proposed by Almeida (2004) and analyzed in a study case by Lima (2006). Thus, this research analyzes the undrained shear strength of this material and completes the other studies. The methodology development showed a big potentiality to establish the relation between void ratio and undrained shear strength. This relation was used together with the computer code called CONDES (Yao & Znidarcic, 1997) to anticipate the deposit’s undrained shear strength profile according to management used. The analyses showed that the management has big influence in the strength features of the deposits and in the stability of the structures built on it. A common structure build are the covers used in the rehabilitation of tailings impoundments.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This research presents the development of equipment for CRS tests with controlled suction and tests with artificially cemented unsatured soils. It was designed and constructed four apparatus at the geotechnical laboratory of the Federal University of Viçosa. The cells have an interchangeable high air entry value ceramic disc on its base. It was also designed a software for data acquisition and an apparatus for measurement of the volume of water dislocated from the sample. It was used two residual soils from Minas Gerais. Samples prepared by compaction were used in order to assure homogeneity and to avoid deviations in test results and interpretation. The tests were carried out with different levels of applied suction. Part of the samples was prepared with the addition of different amounts of Portland cement to simulate soil matrix. After cure, these samples added with cement were saturated and subjected to CRS compression tests, using the consolidation test apparatus developed. It was noticed a structure failure at low-tension levels because of the sample elaboration method. The equipment was testified as functional. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de equipamentos para ensaios CRS com sucção controlada e ensaios em solos não saturados cimentados artificialmente. Foram projetadas e construídas quatro células no Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal de Viçosa. As células têm em sua base uma pedra porosa, de alto valor de entrada de ar, intercambiável. Também foram desenvolvidos um aparato de medição de volume de água deslocado do corpo-de-prova e um programa para aquisição de dados. Utilizaram-se dois solos residuais jovens de Minas Gerais. Foram usadas amostras remoldadas por compactação com o intuito de assegurar a homogeneidade e evitar desvios nos resultados dos testes e na interpretação dos dados. Os ensaios foram conduzidos com diferentes níveis de sucção. Parte das amostras foi preparada com a adição de teores de cimento Portland pra gerar uma estruturação no solo. Após o período de cura, as amostras com adição de cimento foram saturadas e submetidas ao ensaio CRS, usando os aparatos desenvolvidos. Observou-se uma quebra da estrutura com baixos níveis de tensão devido ao método adotado na elaboração das amostras. Constatou-se um bom funcionamento dos equipamentos desenvolvidos.

Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A crescente necessidade de se explorar os recursos minerais de forma a sustentar o progresso tecnológico tem feito da armazenagem dos rejeitos destas explorações um problema cada vez mais importante, sobre tudo por causa das enormes preocupações ambientais existentes nos nossos dias. O dimensionamento dos reservatórios que recebem esses rejeitos, normalmente lamas muito moles, requer o conhecimento das características de deposição do material que se dá, usualmente, através de um processo acoplado de sedimentação e adensamento devido ao peso próprio. Com a exposição deste material às condições climáticas, ocorre o fenômeno do ressecamento. No final desse processo, a área de deposição do rejeito está pronta para ser reabilitada uma vez que este se encontra estável. O trabalho investiga a influência das condições de contorno e do material no processo de ressecamento de rejeitos finos numa situação de campo, através da monitoração das variáveis climáticas e do material. Para a concretização deste estudo, no caso do rejeito fino de mineração de ferro, construiu-se uma área teste onde este material foi depositado sob a forma de lama e cuja camada formada foi instrumentada e monitorada durante a ocorrência dos processos de sedimentação e adensamento e, principalmente, durante a fase de ressecamento. A utilização de uma estação meteorológica e as considerações de um modelo hidrológico de evaporação potencial comparada com evaporação efetiva foram muito importantes para a determinação da condição de contorno da superfície. Na monitoração das variáveis do solo, uma técnica considerada de ponta no Brasil foi utilizada para medir diretamente o teor de umidade volumétrica. A técnica do TDR (Time Domain Reflectometry) e o seu desempenho foram analisados frente às técnicas normais de determinação desta variável. Os resultados obtidos permitiram a determinação de propriedades constitutivas de ressecamento e a descrição do comportamento do material, que serão úteis em uma análise futura, seja para calibração de um modelo numérico, seja para definição de esquemas de disposição de rejeitos sujeitos ao ressecamento. The growing need to explore natural resources to sustain technological progress has made tailings storage of those explorations a problem more and more important these days, especially because of tremendous environmental concerns. The design of a impoundment that stores these tailings, usually at mud consistency, requires that depositional characteristics be known. This means that one has to have a good understanding of the coupled process of sedimentation and both selfweight and seepage consolidation. If the material is exposed to the climatic conditions, a desiccation phenomenon can also occur. At the end of this last process, the tailings deposition area is ready for rehabilitation work since it is probably in a stable condition. This paper look through the influence of boundary conditions and material characteristics of fine tailings under field depositional conditions by monitoring climatic variables and material behavior. To perform this study, in case of iron ore fine tailings, a test field was built where this material was deposited at mud consistency and its layer was instrumented and monitored during sedimentation, consolidation and, especially, desiccation stages. For determination of surface boundary condition, a weather station was used and a hydrologic model of potential evaporation, compared with effective evaporation, was also considered. In monitoring soil variables, a very updated technique was used to directly measure volumetric water content. This technique is called time domain refectometry (TDR), and performance of four sensors based on that principle was analyzed against conventional techniques. The results obtained in this research allowed the determination of constitutive properties of desiccation and the description of material behavior, which will be useful in the future for calibration purpose of a numerical model and definition of design disposal schemes of desiccating tailings.

Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A grande evolução tecnológica do processo de concentração mineral tem proporcionado o enriquecimento de jazidas de baixo teor metálico, contudo esta evolução tem resultado em volumes cada vez maiores de rejeitos gerados no beneficiamento destes minérios. Neste contexto, a necessidade de armazenagem destes grandes volumes de rejeito tem exigido uma evolução nas alternativas de disposição e tecnologias de controle de qualidade destas estruturas. De uma maneira geral, as mineradoras têm adotado como alternativa de disposição a execução de barragens de contenção construídas com o próprio rejeito visando aumentar a capacidade de estocagem. Na construção destas barragens o rejeito é lançado de forma quase aleatória sem o controle das variáveis de descarga da lama. Assim o processo de deposição juntamente com as características do rejeito tendem a condicionar um padrão de segregação de partículas que ocorre na praia. A influência das características do rejeito de minério de ferro está relacionada às diferenças na sua composição mineralógica condicionando principalmente as diferenças no valor da densidade, devido principalmente a presença das partículas de ferro. Assim, em função do processo de segregação, pode-se encontrar em determinadas regiões da barragem de rejeitos, zonas de alta concentração de partículas de ferro. Estas regiões normalmente apresentam densidades diferentes em função do teor de ferro e consequentemente propriedades geotécnicas distintas. Neste contexto, a proposta desta dissertação é investigar a influência do teor de ferro nas propriedades geotécnicas do rejeito, enfatizando sua influência nos parâmetros de resistência de um rejeito de minério de ferro. Estes parâmetros foram obtidos a partir de ensaios triaxiais drenados realizados em amostras com diferentes teores de ferro obtidas a partir de ensaios de simulação de deposição hidráulica (RIBEIRO, 2000). Com base nesta investigação foram obtidas correlações entre o teor de ferro, granulometria e porosidade das amostras, enfatizando a influência destes parâmetros no valor do ângulo de atrito deste rejeito. Technological advances on ore concentration processes have allowed the utilisation of ore deposits that once are judged to be poor. However, this growing ore exploitation results in more and more mining tailings to be disposed. In this context, the growing demand for disposal sites is responsible for a technological evolution and alternative solutions, once these sites require complex structures to contain and store the tailings. In general, most of mining companies have adopted the solution of using the tailings themselves as material for dam construction, so as to increase the storage capacity. There are some methods for tailing dam construction, being the “upstream” method the most used by mining companies. Although this method is very attractive for economical reasons, it is indeed the least recommend, because of safety reasons, once low geotechnical control is allowed in this method. The deposition process along with the tailing characteristics give rise to a segregation pattern in the beach. The influence of the tailing characteristics is related to differences in its mineralogical composition, which, in turn, is conditioned by differences in its density. It is worth to mention also the presence of iron particles in iron ore tailings. In this way, zones of high iron particles concentration can be found on tailing dams due to the process of segregation. It means that specific zones of the dam tends to concentrate iron particles, and this leads to higher densities and different geotechnical properties. The main purpose of this dissertation is to investigate the influence of iron particle concentration on the geotechnical properties of iron ore tailings, focusing on the shear strength parameters. These parameters are obtained through the triaxial tests on samples from other hydraulic deposition simulation tests (RIBEIRO, 2000), presenting different iron concentrations. With the resultant data it was possible to correlate the iron concentration, grain size distribution and porosity of the samples, with emphasis on the influence of these parameters on the friction angle of the tailings as a whole.