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http://hdl.handle.net/1843/69878
Full metadata record
DC Field | Value | Language |
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dc.contributor.advisor1 | Luiz Rafael Palmier | pt_BR |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0484648966799309 | pt_BR |
dc.contributor.referee1 | Euripedes do Amaral Vargas Junior | pt_BR |
dc.contributor.referee2 | Ecidineia Pinto Soares de Mendonça | pt_BR |
dc.creator | Bruno Oliveira Rodrigues | pt_BR |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/5861369656983333 | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2024-07-09T15:37:29Z | - |
dc.date.available | 2024-07-09T15:37:29Z | - |
dc.date.issued | 2024-03-22 | - |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/1843/69878 | - |
dc.description.abstract | This study aimed to analyze the tailings runout behavior resulting from hypothetical dry stack failures. The research emphasized two-dimensional hydrodynamic analyses and compared the obtained results with empirical methods for predicting landslides and tailings flow. Driven by the search for greater safety in mining structures, there is an expansion in the production of filtered tailings and the use of dry stacks as alternatives for disposal. However, gaps remain concerning studies of hypothetical failures of these structures under different topographic configurations, rheological formulations, and downstream elements. Thus, there is an opportunity to deepen discussions regarding the sensitivity of required input variables, as well as to compare results from different existing methods.Two hypothetical dry stack structures were proposed. Stack 1 was set up in a valley and tied to topographic constraints, while Stack 2, with a heaped configuration, was built on flat terrain. The tailings in both structures were assumed to be susceptible to liquefaction. Dynamic simulations were performed using the RiverFlow2D and MADflow models. The concept of apparent friction angle was employed to quantify the pore fluid pressure. The longitudinal extents provided by both modeling packages were similar, indicating similarity in the treatment of rheological terms for characterizing flow resistance. In MADflow, significant lateral spreading for the tailings runout due to Stack 1 failure was observed for the lowest apparent friction angle. The hypothesis that this spreading was due to the lateral earth pressure coefficients, which mediate active and passive stress states, was validated. Incorporating centripetal acceleration added stability to the model and solved the numerical discrepancy. The variation of the two parameters – centripetal acceleration and lateral earth pressure – suggests the high sensitivity of purely frictional dynamic models. In both programs, the frictional formulation provided higher average velocities and abrupt deceleration at the trailing portion of the flow. When a turbulence component was added, gradual decelerations and credible average velocities were observed. Thus, when there is susceptibility to liquefaction as a mechanism of failure propagation, the incorporation of turbulence is expected to yield more realistic results. When comparing the flow behavior on the two topographies, a difference in the lateral spreading of the tailings for the structure sitting on flat topography was observed, even with similar outflow volumes. This distinction may be helpful in preliminary locational studies for heaped tailings stacks. The interaction of the tailings outflow from the failure of Stack 1 in the presence of watercourses, as well as the susceptibility of a downstream sediment containment dam breach, was also analyzed. The entry of the filtered tailings into the dam reservoir led to its overtopping, from which the cascading failure of the two structures was considered. It was indicated that traditionally used techniques for the hydrologic design of dams may be insufficient when located downstream of dry stacks. Finally, empirical equations for predicting the reach angle and the planimetric inundated area were calculated and compared with the numerical solutions. In this comparison, discrepancies were mainly observed when the frictional model was solely used, and the lowest apparent friction angle was analyzed. It was highlighted that the use of empirical techniques should proceed with caution, especially in mechanisms of failure propagation associated with liquefaction. | pt_BR |
dc.description.resumo | O presente trabalho buscou analisar o comportamento de escoamentos provenientes de rupturas hipotéticas de pilhas de rejeitos. A pesquisa enfatizou análises hidrodinâmicas bidimensionais e comparou os resultados com métodos empíricos para predição de massas mobilizáveis.Impulsionada pela busca por maior segurança em estruturas de mineração, observa-se expansão na produção de rejeitos filtrados e na utilização de empilhamentos como alternativas para disposição. Entretanto, persistem lacunas quanto a estudos de ruptura hipotética dessas estruturas mediante diferentes conformações topográficas, formulações reológicas e elementos a jusante. Desse modo, há uma oportunidade de aprofundar discussões quanto à sensibilidade de variáveis de entrada requeridas e de métodos de resolução existentes. Propôs-se a construção de duas pilhas hipotéticas. A Pilha 1 foi montada em vale e associada a relevo acidentado; a Pilha 2, de configuração geométrica bolo de noiva, foi construída em topografia plana. Admitiu-se susceptibilidade à liquefação dos rejeitos nas duas estruturas. Efetuaram-se simulações dinâmicas nos modelos MADflow e RiverFlow2D. Para a quantificação da poropressão, empregou-se o conceito do ângulo de atrito aparente. Os alcances longitudinais fornecidos pelos dois programas foram similares, indicando semelhança no tratamento dos termos reológicos para caracterização da resistência ao escoamento. No MADflow, notou-se espalhamento lateral considerável dos rejeitos provenientes da ruptura da Pilha 1 para o menor ângulo de atrito aparente. Validou-se a hipótese de que esse espalhamento era devido aos coeficientes de empuxo lateral, que mediam estados ativo e passivo de tensões. A incorporação da aceleração centrípeta agregou estabilidade à modelagem e sanou a discrepância numérica. A variação dos dois parâmetros – aceleração centrípeta e empuxo lateral – aventa a alta sensibilidade de modelos dinâmicos puramente friccionais.Em ambos os programas, a formulação friccional forneceu velocidades médias mais altas e desacelerações bruscas na porção posterior do escoamento. Quando um componente de turbulência era adicionado, observaram-se desacelerações graduais e velocidades médias críveis. Assim, quando há susceptibilidade à liquefação da massa mobilizável, espera-se que a incorporação da turbulência agregue resultados mais realistas. Quando comparados os comportamentos do escoamento nos dois relevos, observou-se diferença no espalhamento lateral dos rejeitos para a pilha assentada em topografia plana, mesmo com semelhança dos volumes mobilizáveis. Essa distinção pode ser útil em estudos locacionais preliminares para empilhamentos bolo de noiva. Analisou-se também a interação do escoamento proveniente da ruptura da Pilha 1 com cursos d’água, bem como a susceptibilidade de ruptura de uma barragem de contenção de sedimentos localizada a jusante. A entrada dos rejeitos da pilha no reservatório da barragem acarretou galgamento desta, a partir do qual se considerou a ruptura em cascata das duas estruturas. Indicou-se que técnicas tradicionalmente utilizadas para dimensionamento hidrológico de barragens podem ser insuficientes quando situadas a jusante de empilhamentos. Por fim, equações empíricas para a predição do ângulo de alcance e da área inundada foram calculadas e contrastadas com as soluções numéricas. Observaram-se discrepâncias principalmente quando o modelo friccional era unicamente utilizado e o menor ângulo de atrito aparente era analisado. Comprovou-se que a utilização de técnicas empíricas deve prosseguir com cautela, especialmente em casos de susceptibilidade à liquefação da massa mobilizável. | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Minas Gerais | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.department | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFMG | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ | * |
dc.subject | Ruptura de pilha | pt_BR |
dc.subject | Escoamento de rejeito | pt_BR |
dc.subject | Pilha de rejeito | pt_BR |
dc.subject | Modelagem de deslizamento | pt_BR |
dc.subject.other | Engenharia sanitária | pt_BR |
dc.subject.other | Recursos hídricos - Desenvolvimento | pt_BR |
dc.subject.other | Resíduos | pt_BR |
dc.subject.other | Escoamento | pt_BR |
dc.subject.other | Deslizamento | pt_BR |
dc.subject.other | Modelagem | pt_BR |
dc.title | Avaliação do comportamento de escoamentos provenientes de rupturas hipotéticas de pilhas de rejeito por meio de métodos empíricos e hidrodinâmicos | pt_BR |
dc.title.alternative | Assessment of the runout behavior from hypothetical tailings stack failures utilizing empirical and hydrodynamic methods | pt_BR |
dc.type | Dissertação | pt_BR |
dc.identifier.orcid | https://orcid.org/0009-0007-6889-2331 | pt_BR |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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