Estudo de propriedades físicas e geomecânicas de um rejeito de mineração de ferro

Abstract

A mineração de ferro desempenha um papel fundamental no desenvolvimento econômico do Brasil, mas gera rejeitos que demandam métodos seguros de armazenamento devido às suas propriedades físicas e geomecânicas específicas. Este estudo teve como objetivo avaliar o comportamento geomecânico de um rejeito de mineração de ferro, considerando diferentes estados de compactação e índices de vazios. Para isso, foram realizados ensaios laboratoriais de caracterização física, adensamento e resistência ao cisalhamento por meio de ensaios triaxiais nas condições consolidadas drenadas (CID) e não drenadas (CIU). Os resultados revelaram que o rejeito apresenta comportamento não plástico e com baixa sensibilidade do peso específico seco ao teor de umidade. Os ensaios de adensamento indicaram baixa compressibilidade, com deformações reduzidas mesmo sob tensões progressivas, comportamento coerente com os dados de compactação. Os ensaios triaxiais evidenciaram que, sob baixos níveis de tensões e altos índices de vazios, o material desenvolve comportamento contrativo e estrutura frágil, com suscetibilidade à liquefação. A linha do estado crítico (LEC) foi definida com base nas condições críticas, e o ângulo de atrito efetivo residual obtido se manteve coerente com dados da literatura para rejeitos de granulometria fina. As conclusões obtidas reforçam a importância de considerar o estado inicial do material e os níveis de confinamento no projeto de estruturas de contenção de rejeitos, além de destacar a necessidade de ensaios adicionais para melhor definição do comportamento crítico em diferentes regimes de saturação e compactação.

Iron mining plays a fundamental role in Brazil’s economic development but generates tailings that require safe storage methods due to their specific physical and geomechanical properties. This study aimed to evaluate the geomechanical behavior of an iron ore tailing, considering different compaction states and void ratios. To this end, laboratory tests were carried out, including physical characterization, consolidation, and shear strength testing through triaxial tests under consolidated drained (CD) and consolidated undrained (CU) conditions.The results showed that the tailing exhibits a silty-sandy, non-plastic behavior with low sensitivity of dry unit weight to moisture content. Consolidation tests indicated low compressibility, with small strains even under increasing vertical stress, consistent with compaction data. Although the variation in void ratio was relatively small, it significantly affected the mechanical response under undrained conditions, with higher void ratios associated with pore pressure buildup and unstable behavior. Triaxial tests revealed that, under low confining pressures and high void ratios, the material developed contractive behavior and a brittle structure, with susceptibility to liquefaction. The critical state line (CSL) was defined based on critical conditions, and the residual effective friction angle obtained was consistent with literature data for fine-grained tailings. These findings reinforce the importance of considering the initial state of the material and the confining stress in the design of tailings containment structures, while also highlighting the need for additional testing to better define critical behavior under different saturation and compaction regimes.