Abstract This article deals with the rheology of tailings deposits related to dam break analysis. The material used was a fine tailings from iron ore processing. Geotechnical and rheological characterization of these tailings were performed. The rheological characterization consisted of rotational and oscillatory tests. It was observed that the rheological properties depend on material solids content and sample preparation method. Furthermore, the material showed viscous or viscoplastic fluid behavior, depending on the solids content. The results of the rheological tests were used as input in numerical flow simulations using Flow-3D® software. Failure of a hypothetical tailings deposit was simulated, with different scenarios. Relationships between traveled distance (range, spreading), speed, and time of arrival of the flow wave versus rheological properties were determined. It was found that tailings runs are also strongly influenced by the solids content and deposit stress history (formation), resulting in different flow types ranging from mudflood, through mudflow, and even landslide. A major finding was that in the Flow-3D® analyses, the deposit volume mobilized, and the output hydrograph are parts of the solution, and not premises or a model to follow (e.g. design breach).

Abstract Herein, three-dimensional analyses of large strain consolidation applied to tail ings disposal in mining pits is studied. The main goal is to estimate filling time and, ac cordingly, the capacity of the pit. Other useful results, such as dry density profiles and water pore pressure generation are also obtained. Two different slimes from the iron ore beneficiation are considered: a low plastic silt-clay material, and a 10 times more permeable silt-like soil. The consolidation constitutive relationships were obtained by performing HCT tests (Hydraulic Consolidation Test). The analyses were carried out using an algorithm that produces approximate solutions of the three-dimensional anal ysis using the computer program CONDES0. Two types of analyses were performed limiting the exact solution, one called upper bound and the other, lower bound. For purposes of this study, sensitivity analyses were also performed, including "instanta neous" consolidation, double drainage, and varying tailings production. Simulations of the co-disposal of the two different slimes were also addressed, where simultaneous rising and sharing of the tailings during reservoir occupation were sought by trial and error. In addition, prediction of the deposit surface profile in the long-term run was included. It was obtained from the filling of the pit with the Slime 01 for the lower bound 1054 days and for the upper bound, 1219 days. By comparing the slimes, Slime 02 offers the greater capacity. In the scenario of co-disposition, Slime 01 occupies 43% of the area and Slime 02, 57% of the area of the pit. Having already analyzed scenarios with constant and variable production of Slime 01 a greater capacity of the pit was ob tained for a constant production. Finally, there is a small difference in the pit capacity when the analyses are made considering the impermeable base and the permeable base.

Abstract The aim of this research is to investigate the liquefaction susceptibility of silt sandy mining tailings by experimental laboratory techniques. The main aspect analyzed is how techniques of sample reconstitution impact the results obtained in static undrained triaxial tests. Different methods of sample preparation are reviewed, such as moist tamping (MT), air and water pluviation, and a newly developed one called the Slurry Deposition (SD) method. This research highlights the importance of the "fabric" or particle structural arrangement associated with the various specimen preparation techniques when liquefaction potential assessment is of concern. Two series of undrained static triaxial tests were performed on specimens prepared according to MT and with SD techniques on specimens in the loose and very loose state. Results have demonstrated that MT specimens have shown the whole spectrum of liquefaction resistance (total liquefaction, limited liquefaction, and no liquefaction) on increasing density, while the SD campaign has shown only liquefaction resistance even in the overlapping intermediate densities with the MT series, where the latter has shown liquefaction, although limited. This scientific study critically discusses the risk of taking laboratory results of replicated soil elements that may not correspond to the reality.

Abstract In the search for opportunities to decrease operational costs in iron ore mining, waste disposal by conveyor belt has been considered as an alternative. In this work, this form of waste dump is investigated by means of the construction of a test pile and the assessment of geotechnical characteristics such as shear strength and in situ densities. Results were compared with two other dumps built by the traditional methods of bench and layer. The overall conclusion of this research shows that densities are 10% lower and shear strengths measured by a penetrometer are ten times lower in comparison with the other dumps. Therefore, a good understanding of this method and a thorough discussion of the project parameters are suggested before construction.

ResumoA curva de retenção de água no solo é uma função característica do solo necessária para a resolução de problemas geotécnicos com fluxo em solos não saturados. Os ensaios, para determinação direta dessa propriedade, são, em geral, custosos e demorados, fazendo com que seja muito difundido o uso de bancos de dados de curvas de retenção para diferentes tipos de solos, classificadas a partir de propriedades- -índice, tais como granulometria e densidades. Esse expediente, ainda que possível para estudos preliminares, não se apresenta suficiente para um problema específico. Nesse sentido, apresenta-se um método para obtenção da curva de retenção em laboratório com o auxílio da bomba de fluxo. Foi feita a implantação de um sistema para a realização desse ensaio, que, juntamente com procedimentos e alguns resultados, tem os detalhes descritos no artigo. A avaliação geral da técnica foi a mais positiva possível, fazendo crer aos autores que o uso a bomba de fluxo, nessa aplicação, seja bastante promissor.

AbstractReliable measurements of the Soil Water Retention Curve, SWRC, are necessary for solving unsaturated flow problems. In this sense, a method to obtain the SWRC of a silty sand using a flow pump, as well as details about procedures and some results, are herein presented. The overall conclusion is that the new method is very convenient, fully automated, and produces reliable results in a fast and easy way, making the technique very promising.

Embora as estradas de mina sejam apenas apoio para as atividades de mineração, seu papel pode ser bastante significativo em qualquer esforço de otimização do transporte na lavra a céu aberto realizado com caminhões. Em 2009, um inventário sobre as condições de projeto, construção e manutenção dessas estruturas em minas no Quadrilátero Ferrífero foi realizado através de uma parceria entre uma grande empresa de mineração e a UFOP. Embora as condições das vias pudessem ser consideradas, em geral, satisfatórias, vários pontos com potencial de melhoria foram observados. Essa parceria foi retomada recentemente com bases ampliadas, para uma atualização, porém com uma abordagem quantitativa e em uma mina representativa daquele universo. O relato desse diagnóstico com comentários de como se pode fazer mais e melhor para as estradas de mina é apresentado nesse trabalho.

Although mine haul roads only provide support for mining activities, their role can be quite significant in any effort to optimize transportation with trucks in open pit mining. In 2009, an inventory about the design, construction and maintenance conditions of these structures in mines in the Quadrilátero Ferrífero was undertaken through a partnership between a large mining company and UFOP. Although the conditions of the roads could be considered broadly satisfactory, several points with potential for improvement were observed. This partnership was recently resumed on enlarged bases for an upgrade, but with a quantitative approach and in a representative mine. The report of this mine haul road diagnosis with a feedback on how we can do more and better for mine haul roads are presented in this work.

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.

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.

Nas atividades que envolvem armazenamento de estéril de mineração é necessária, a realização de um estudo prévio do comportamento mecânico, tanto das pilhas de estéril, quanto do terreno de fundação. Face à complexidade relacionada a esse tipo de problema, a utilização de técnicas numéricas é indispensável, ainda que forneçam uma resposta aproximada para o problema. Desta forma, apresentam-se, nesse trabalho, os resultados de uma análise tensão-deformação-resistência com base no método dos elementos finitos (MEF), de pilhas de estéril construída pelo método ascendente e dispostas em encosta. Um modelo não linear elástico perfeitamente plástico, com plasticidade associada e de acordo com o critério de resistência de Mohr-Coulomb modificado é adotado para representar o comportamento constitutivo do material empilhado, enquanto o terreno de fundação é representado por um modelo linear elástico. A técnica de "ligar a gravidade" aplicada para simular a construção de aterros via MEF é adotada, nesse trabalho, juntamente com o procedimento da malha dinâmica. As diferentes configurações geométricas, tanto das pilhas, quanto do terreno de fundação, analisadas fornecem indicação de que alguns requisitos definidos pela legislação vigente devem ser reavaliados, principalmente no que diz respeito a algumas restrições geométricas, as quais deveriam ser revisitadas e melhor especificadas.

In activities involving disposal of mine waste in a dump, it is necessary to carry out a preliminary study of the mechanical behavior of both dump and the foundation materials. Due to the complexity of this problem, numerical techniques are essential for providing an approximate answer to the problem. Thus, the finite element method (FEM) was used to evaluate the stress-strain-strength behavior of a hillside waste dump built on a deformable foundation by the ascending method; the results of which are herein presented. The dump material is considered to be Morh-Coulomb nonlinear elastic perfectly plastic while the foundation material is considered to be linear elastic. The numerical simulation of mine waste dump construction is carried out by the "gravity turn on" technique and the dynamic mesh procedure. Different geometric configurations are analyzed and it is concluded that some requirements established by law should be reviewed and refined.

Em obras de terra, onde as poropressões construtivas são condicionantes de projeto, é fundamental o uso de instrumentação de campo, de forma a se evitarem incidentes ou riscos à segurança das estruturas. Nesse contexto, apresentam-se, no artigo, testes de laboratório e de campo com uma sonda piezométrica conhecida como Levelogger®, originalmente usada para medir pressão de fluidos em tanques e que foi adaptada para uso em solos. Esse instrumento foi, depois, usado com sucesso numa aplicação prática de obra geotécnica. Ambos os testes foram realizados de forma inovadora e o Levelogger® provou ser uma excelente opção para medição de poropressões em eventos que demandam tempo de resposta rápido e facilidade de operação.

In earthworks where construction porepressures are a conditioning design factor, field instrumentation becomes essential in order to avoid incidents or risks to the structure's safety. In this context, this article presents the laboratory and field tests performed with a piezometer probe known as Levelogger®, originally developed for fluid pressure measurement in tanks and which was modified for use in soils. This device was then used with success in a practical geotechnical application. Both tests were conducted in an innovative manner and the Levelogger® proved to be an excellent alternative for measuring porepressures in events which require quick response and easy operation.

Uma estrada de mina foi dimensionada com materiais típicos ocorrentes em mineração de minério de ferro no Brasil, utilizando-se os métodos empíricos CBR e DNER. Através do programa de dimensionamento estrutural mecanístico-empírico ELSYM5, compararam-se os resultados obtidos pelos métodos anteriores e propôs-se a otimização do dimensionamento feito pelo método DNER. Os resultados mostram que a espessura total do pavimento calculada pelos dois métodos é, basicamente, a mesma, sendo que a espessura da camada de base pelo método DNER é superior à obtida pelo CBR, enquanto o oposto ocorre com a sub-base. Ambos os dimensionamentos mostram, através da aplicação do software ELSYM5, que não são os mais apropriados, visto que a deformação de algumas camadas, principalmente no caso CBR, está acima do limite aceitável de 2000 µε. Através da variação da espessura das camadas, obteve-se um dimensionamento adequado, que levou à redução da espessura da camada total do pavimento de 1,97 m para 1,40 m. A redução da deformação das camadas, em que se variou o módulo de elasticidade, demonstra a importância da realização de ensaios de caracterização física dos materiais.

An unpaved mine haul road, based on CBR and DNER empirical methods, was designed using materials which are typical in current Brazilian iron ore mining. By means of the mechanistic-empirical structural ELSYM5 software, the results obtained by previous methods were compared and an optimization of the DNER design was proposed. The results demonstrate that the total thickness of the pavement calculated by the two methods is basically the same and that the base layer thickness calculated by the DNER method is superior to the one obtained by the CBR method, whereas the opposite occurs in relation to the sub-base. Both designs show through the application of ELSYM5 software that they are not the most appropriate, since the strain of some layers, especially in the CBR case, is above the acceptable limit of 2000 µε. Analyzing the variation of the layer's thickness, it was possible to obtain an adequate design, which led to the reduction of the total pavement layer thickness from 1.97 m to 1.40 m. The reduction of the layer's strain in which the elastic modulus was submitted to variation, demonstrates the importance of performing tests for the physical characterization of materials.

O artigo apresenta uma proposta canadense de classificação de pilhas de estéril do ponto de vista da sua estabilidade física. O método baseia-se na avaliação ponderada e semiquantitativa de fatores-chave que podem afetar a estabilidade. Seu resultado permite atribuir uma determinada classe à pilha de acordo com o potencial de instabilidade. Essas classes definem um nível de esforço recomendado para investigação, projeto, construção e monitoramento da pilha. Para a verificação da eficácia do sistema de classificação, foi realizado um estudo de caso diante da realidade da mineração de ferro, na cidade de Nova Lima, Minas Gerais. A execução desse trabalho envolveu uma pesquisa documental e um posterior trabalho de campo, a fim de se aplicar, as informações coletadas sobre as pilhas no sistema de classificação. O trabalho mostra, também, inovações introduzidas pelos autores sobre o uso do sistema de classificação como meio de atestar a qualidade do manejo das pilhas e de identificar condicionantes de um projeto. O sistema de classificação 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.

In this paper a Canadian proposal for waste dumps classification according to their physical stability is presented. The method is based on a semi-quantitative evaluation of key factors affecting the stability of a waste dump, and the result allows assigning a certain class of dump according to their instability potential. These classes define a recommended level of effort for investigation, design, construction and monitoring of the dumps. To check the effectiveness of the classification a case study was carried out in face of the iron ore mining reality, in Nova Lima City, Minas Gerais State. The implementation of this work involved a documentation search followed by field work and analyses in order to apply the collected information about the dumps in the classification. The work also shows innovations introduced by the Authors about the use of the classification system as a means of assessing the quality of the dumps management and also makes it possible to identify main aspects of a project. 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.

Soluções analíticas para o processo de ressecamento de um solo fino mole de alta compressibilidade, como os rejeitos finos da mineração, são de difíceis obtenções, dado a não linearidade das propriedades constitutivas do material e a complexidade das condições de contorno, que influenciam as análises desse fenômeno. Assim, o emprego de modelos numéricos, para solução desses problemas, torna-se mais vantajoso. Esse artigo apresenta um modelo numérico para análises do processo de ressecamento de um rejeito fino proveniente do beneficiamento de minério de ferro. Com base na teoria proposta por Abu-Hejleh (1993) e implementado num programa computacional de diferenças finitas, esse modelo foi calibrado a partir dos dados de um estudo de ressecamento realizado, preliminarmente, em campo e de ensaios de laboratório, para a determinação dos parâmetros constitutivos do rejeito fino. A satisfatória concordância, entre os dados das simulações e os verificados no estudo em campo, atestou a precisão do modelo obtido na análise do ressecamento do material, indicando ser o mesmo aplicável a estudos futuros, que tenham, por objetivo, aumentar a eficiência do processo de ressecamento.

To obtain analytical solutions for desiccation analyses of soft soil such as mine tailing slimes is difficult because of the non-linearity of the material constitutive relationships and complexity of the problem boundary conditions. Thus, it is more attractive to use of numerical models to address the desiccation phenomenon. This paper presents a numerical model for desiccation of a fine mine tailings produced by milling processes of iron ore. The modeling is based on the theory proposed by Abu-Hejleh (1993) and uses a finite difference computer code associate to that theory. This model was calibrated using field data from a previous work and results from laboratory tests. Good agreement was found between simulation results and field observations suggesting applicability of the numerical model in future designs to enhance effectiveness of the desiccation process.

O estudo do ressecamento de um rejeito fino de mineração exposto as condições climáticas naturais e deixado drenar num área-teste é o objeto desse trabalho. Na área-teste, o material foi depositado sob a forma de lama e a camada formada instrumentada e monitorada durante a fase de ressecamento. A utilização de uma estação meteorológica e as considerações de um modelo hidrológico de evaporação potencial foram muito importantes para a determinação da condição de contorno da superfície. No monitoramento 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). Os resultados da pesquisa podem ser usados para a determinação de propriedades constitutivas de ressecamento e também na calibração de um modelo numérico para descrição do comportamento do material.

Desiccation studies of fine mining tailings under natural climatic conditions and resting under a drainage bottom in a test site are presented in this paper. A test section, loaded with several instruments, was implemented in the area to monitor a desiccating layer of the fine tailings especially deposited in the area. A weather station and considerations of a hydrologic model for potential evaporation were very important to characterize the top boundary condition. In monitoring soil variables, an innovative technique was introduced to measure volumetric water content: the time domain reflectometry. Data generated in this research can be used to determine constitutive properties related to the desiccation phenomenon and also be used to calibrated a numerical model to describe soil behavior under desiccation.