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Type: Dissertação
Title: Influência do grau de compactação na estabilidade e na deformabilidade de pilhas de rejeito filtrado de minério de ferro
Author: Ribeiro Filho, Pedro Moni
First Advisor: Pitanga, Heraldo Nunes
Co-Advisor: Martins, Cátia de Paula
Co-Advisor: Riccio Filho, Mário Vicente
Referee Member: Rodrigues, Klaus Henrique de Paula
Referee Member: Galindo, José Roberto Fernandes
Resumo: A indústria de mineração possui papel relevante na economia brasileira, especialmente no setor de extração de minério de ferro, atividade que gera grandes volumes de rejeitos, os quais demandam soluções de disposição ambientalmente adequadas e geotecnicamente seguras. Nesse contexto, o empilhamento a seco com rejeitos filtrados tem se consolidado como alternativa às barragens de rejeitos convencionais, por reduzir riscos associados à liquefação e impactos ambientais. Apesar dos avanços, observa-se na literatura uma lacuna quanto à avaliação integrada e sistemática da influência do grau de compactação como variável de projeto sobre a estabilidade geotécnica e o comportamento deformacional de pilhas de rejeito de minério de ferro filtrado, especialmente considerando diferentes condições geométricas e níveis d’água. Diante disso, a presente pesquisa tem como objetivo avaliar de forma comparativa e integrada a influência do grau de compactação (GC) sobre o desempenho geotécnico e o comportamento deformacional de pilhas construídas com rejeito de minério de ferro filtrado (RMFF), buscando contribuir para a definição de critérios técnicos que permitam a otimização entre segurança e custo operacional. O diferencial do estudo reside na combinação de ensaios laboratoriais de caracterização física, compactação, cisalhamento direto, adensamento edométrico e permeabilidade, realizados em corpos de prova com três diferentes graus de compactação na Energia Proctor Normal (99%, 93% e 88%) para uma massa específica aparente máxima de 2,083 g/cm³, com análises computacionais de estabilidade e deformabilidade para diferentes geometrias e condições de saturação das pilhas. Os parâmetros obtidos experimentalmente, incluindo resistência ao cisalhamento (coesão efetiva e ângulo de atrito), rigidez (módulo oedométrico) e permeabilidade (coeficiente de permeabilidade), subsidiaram simulações de estabilidade pelo método do equilíbrio limite (MEL) no software Slide2 e método de elementos finitos (MEF) no Plaxis 2D, considerando diferentes inclinações de taludes (25°, 32° e 39°) e condições de nível d’água (normal e crítico). Adicionalmente, análises deformacionais foram realizadas no Plaxis 2D, permitindo a avaliação de deslocamentos e zonas susceptíveis à plastificação das pilhas. Os resultados indicaram que a redução do grau de compactação provoca diminuição da resistência ao cisalhamento e da rigidez do RMFF, impactando a estabilidade e aumentando os deslocamentos em até 34%, sobretudo em condições de maior inclinação e saturação. Contudo, verificou-se que graus de compactação intermediários (93% e 88%) podem apresentar fatores de segurança (FS) que superam em até 45%, em determinadas configurações de geometria e condições de nível d’água, o FS mínimo exigido pela NBR 13029, evidenciando a possibilidade de otimização do projeto sem comprometimento da segurança. Conclui-se que o grau de compactação constitui um parâmetro determinante para o desempenho geotécnico de pilhas de RMFF, devendo ser tratado como variável estratégica de projeto, recomendando-se a realização de análises laboratoriais e numéricas integradas para cada caso específico.
Abstract: The mining industry plays a significant role in the Brazilian economy, especially in the iron ore extraction sector, an activity that generates large volumes of tailings, which demand environmentally sound and geotechnically safe disposal solutions. In this context, dry stacking with filtered tailings has become established as an alternative to conventional tailings dams, as it reduces risks associated with liquefaction and environmental impacts. Despite advances, a gap is observed in the literature regarding the integrated and systematic evaluation of the influence of the degree of compaction (DC) as a design variable on the geotechnical stability and deformational behavior of filtered iron ore tailings piles, especially considering different geometric conditions and water levels. Given this, the present research aims to comparatively and integrally evaluate the influence of the degree of compaction on the geotechnical performance and deformational behavior of stockpiles constructed with filtered iron ore tailings (FIOT), seeking to contribute to the definition of technical criteria that allow for optimization between safety and operational cost. The study's distinguishing feature lies in the combination of laboratory tests of physical characterization, compaction, direct shear, oedometer consolidation, and permeability, performed on specimens with three different degrees of compaction (99%, 93%, and 88%), with computational analyses of stability and deformability for different geometries and saturation conditions of the stockpiles. The experimentally obtained parameters, including shear strength (effective cohesion and friction angle), stiffness (oedometer modulus), and permeability (permeability coefficient), supported stability simulations using the limit equilibrium method (LEM) in Slide2 software and the finite element method (FEM) in Plaxis 2D, considering different slopes (25°, 32°, and 39°) and water table conditions (normal and critical). Additionally, deformational analyses were performed in Plaxis 2D, allowing the evaluation of displacements and zones susceptible to pile plasticization. The results indicated that reducing the degree of compaction causes a decrease in shear strength and stiffness of the FIOT piles, impacting stability and increasing displacements in up to 34%, especially under conditions of greater inclination and saturation. However, it was found that intermediate degrees of compaction (93% and 88%) can present factors of safety (FoS) that exceed the minimum FoS required by NBR 13029 by up to 45%, in certain geometry configurations and water level conditions, highlighting the possibility of optimizing the design without compromising safety. It is concluded that the degree of compaction is a determining parameter for the geotechnical performance of FIOT piles and should be treated as a strategic design variable, recommending integrated laboratory and numerical analyses for each specific case.
Keywords: Rejeito de minério de ferro filtrado
Pilha de rejeito de minério filtrado
Grau de compactação
Estabilidade geotécnica
Deformabilidade
Iron ore tailings
Filtered iron ore tailings pile (dry stacking)
degree of compaction
Geotechnical stability
Deformability
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PEC)
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20592
Issue Date: 12-Feb-2026
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