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A indústria mineira é um pilar fundamental da sociedade moderna, fornecendo minerais para a transição energética e digitalização que constituem o plano europeu de recuperação pós-COVID-19, em linha com a aspiração portuguesa de explorar lítio. O fornecimento de matérias primas minerais requer uma gestão adequada dos rejeitados, o material fino descartado depois da extração do minério, tradicionalmente disposto em barragens alteadas pela deposição hidráulica dos rejeitados.
O aumento de acidentes catastróficos nestas barragens demonstra que a sua estabilidade é um desafio da engenharia geotécnica para o qual é necessária uma solução urgente. Uma alternativa é deposição em pilhas, compactando rejeitados filtrados (com menos água) em aterros gigantescos. No entanto, a ocorrência de acidentes nestas estruturas durante chuvas intensas, indica que são necessárias soluções mais robustas particularmente num cenário de alterações climáticas.
INPROVE propõe a construção de zonas estruturais com rejeitados filtrados cimentados para melhorar a estabilidade das pilhas ou para reforçar estruturas existentes em risco. Isto é muito importante em: novas instalações, para re-minerar depósitos acumulados durante períodos históricos, e para planos de remediação e encerramento de estruturas existentes. Estes últimos contêm frequentemente estudos para reanalisar a vulnerabilidade e a eventual estabilização ou melhoramento com zonas estruturais (geralmente não cimentadas). Devido às alterações climáticas, as tempestades estão a tornar-se mais frequentes e fortes, aumentando a instabilidade destas estruturas. São, por isso, necessárias análises hidromecâmicas avançadas com modelos constitutivos capazes de simular a evolução do material durante a construção e o amolecimento associado ao comportamento frágil dos rejeitados. Estas análises têm sido essencialmente usadas para identificar as causas dos acidentes e não em projeto. Considerando a pegada ambiental do cimento Portland (OPC), a  |
Resumo
A indústria mineira é um pilar fundamental da sociedade moderna, fornecendo minerais para a transição energética e digitalização que constituem o plano europeu de recuperação pós-COVID-19, em linha com a aspiração portuguesa de explorar lítio. O fornecimento de matérias primas minerais requer uma gestão adequada dos rejeitados, o material fino descartado depois da extração do minério, tradicionalmente disposto em barragens alteadas pela deposição hidráulica dos rejeitados.
O aumento de acidentes catastróficos nestas barragens demonstra que a sua estabilidade é um desafio da engenharia geotécnica para o qual é necessária uma solução urgente. Uma alternativa é deposição em pilhas, compactando rejeitados filtrados (com menos água) em aterros gigantescos. No entanto, a ocorrência de acidentes nestas estruturas durante chuvas intensas, indica que são necessárias soluções mais robustas particularmente num cenário de alterações climáticas.
INPROVE propõe a construção de zonas estruturais com rejeitados filtrados cimentados para melhorar a estabilidade das pilhas ou para reforçar estruturas existentes em risco. Isto é muito importante em: novas instalações, para re-minerar depósitos acumulados durante períodos históricos, e para planos de remediação e encerramento de estruturas existentes. Estes últimos contêm frequentemente estudos para reanalisar a vulnerabilidade e a eventual estabilização ou melhoramento com zonas estruturais (geralmente não cimentadas). Devido às alterações climáticas, as tempestades estão a tornar-se mais frequentes e fortes, aumentando a instabilidade destas estruturas. São, por isso, necessárias análises hidromecâmicas avançadas com modelos constitutivos capazes de simular a evolução do material durante a construção e o amolecimento associado ao comportamento frágil dos rejeitados. Estas análises têm sido essencialmente usadas para identificar as causas dos acidentes e não em projeto. Considerando a pegada ambiental do cimento Portland (OPC), a utilização de um ligante mais sustentável gerado pela ativação alcalina de resíduos industriais (AAB) é altamente conveniente. No entanto, contrariamente ao OPC, não existe uma metodologia racional para definição da dosagem da mistura de solos estabilizados com AAB o que tem retardado a sua aplicação em larga escala. Para responder a estes desafios, INPROVE propõe as seguintes inovações:
i. Uma solução integrada que inclui não apenas o desenvolvimento do material e a otimização do ligante, mas também uma metodologia racional para definir a dosagem da mistura considerando o teor em água dos rejeitados in situ, a densidade da camada tratada após compactação, e o desempenho mecânico após um dado tempo de cura.
ii. Uma abordagem sistemática para ligar a caracterização laboratorial com os parâmetros de um modelo constitutivo capaz de reproduzir o comportamento pós-pico associado à degradação das ligações cimentícias. Isto é importante para analisar numericamente a influência da zona estrutural na estabilidade do depósito de rejeitados.
iii. Cartas de dimensionamento para pilhas de rejeitados relacionando a dosagem da mistura com a espessura da berma estabilizada para uma dada altura de aterro e uma inclinação típica. Esta abordagem é baseada num índice da mistura que inclui a dosagem do ligante e o grau de compactação da mistura. Após obtenção de uma relação clara entre o índice da mistura e o comportamento mecânico do material, este índice é relacionado com os parâmetros constitutivos do modelo. Para esse efeito, INPROVE envolve: i) análises estatísticas baseadas no Planeamento de Experiências (DoE); ii) caracterização laboratorial avançada dos rejeitados estabilizados; iii) análises numéricas hidromecânicas em modelos previamente calibrados em ensaios de centrifugadora.
O objetivo é estabelecer um procedimento de calibração simplificado relacionando a dosagem da mistura, o comportamento mecânico e os parâmetros do modelo constitutivo para rejeitos estabilizados com AAB. Isso permitirá uma utilização mais alargada de ligantes AAB mais sustentáveis permitindo a simulação numérica de instalações de deposição de rejeitados com bermas estruturais para reforço e contenção de roturas por liquefação localizadas que ocorram na zona não estabilizada.
A FEUP tem trabalhado com a UPC na calibração de modelos constitutivos avançados que reproduzam o comportamento dos rejeitados. INPROVE beneficia não apenas desse trabalho, como também da experiência da equipa na utilização de modelos estatísticos em materiais cimentados e, na geomecânica de rejeitados mineiros e de solos estabilizados com AAB. INPROVE vai de encontro às preocupações da indústria mineira partilhada pela comunidade cientifica, pelo que ambos apoiam o projeto, como se expressa em duas cartas de apoio da Mafalda Oliveira (da empresa mineira Somincor) e do consórcio universitário TAILENG (https://taileng.ce.gatech.edu/). |