[pt] A disposição de rejeitos tem sido uma preocupação muito importante nas empresas de mineração de todo o mundo, tendo como principal motivo a proteção do meio ambiente. Diariamente geram-se grandes quantidades de rejeitos nas plantas de beneficiamento de minérios, sendo necessário dispor de estruturas de armazenamento adequadas (barragem de rejeito) que, dependendo da produção industrial, devem ser alteadas para aumentar a capacidade de armazenamento destas estruturas. Três métodos de alteamento de barragens podem ser utilizados: o método à montante, o método à jusante e o método da linha de centro. O método à montante, discutido nesta dissertação, começa com a construção de um dique de partida. Terminada esta etapa, os rejeitos são depositados à montante, formando uma praia que adensará com o tempo, aumentando gradualmente a resistência ao cisalhamento do rejeito e servindo de fundação para futuros diques de alteamento. Este procedimento continua sucessivamente, até atingir a cota prevista de projeto. É um método de construção simples e de baixo custo, mas sua principal desvantagem é que velocidades de alteamento excessivas podem induzir a liquefação estática, causa principal do colapso de várias barragens de rejeito construídas no mundo. Neste trabalho é investigado o potencial de liquefação de uma barragem de rejeito de cobre, situada no Peru, com auxílio do método empírico de Olson, baseado em correlações com resultados de ensaios de campo SPT, e do método de elementos finitos, com utilização do modelo constitutivo elastoplástico UBCSand para previsão de liquefação. / [en] The disposal of tailings has been a very important concern in mining companies around the world, with the main objective to protect the environment. Large quantities of tailings are generated daily in the ore processing plants, being necessary the availability of specific storage structures (tailings dam) which, depending on the industrial production, must be successively raised in their lifetime to provide higher storage capacity. Three methods of dam raising can be used: the upstream method, the downstream method and the centerline method. The upstream method, discussed in this thesis, begins with the construction of a starting dyke. After this step, the tailings are deposited upstream, forming a beach which will consolidate over time, gradually increasing the shear resistance of the waste and serving as a foundation for future raising dikes. This procedure continues until the final dam elevation is reached. This method is of simple construction and low cost, but its main disadvantage is that the raising speeds can be excessive and they may induce static liquefaction, a major cause of failure of tailing dams around the world. This dissertation investigates the liquefaction potential of a copper tailing dam, situated in Peru, making use of the empirical method proposed by Olson, based on correlations with data from SPT field tests, and the finite element method, considering the elastoplastic constitutive model UBCSand.

[pt] Muitos autores concordam que areias em estado fofo, sob carregamento não drenado crescente e granulometria favorável à liquefação, necessariamente liquefazem em algum momento. Este trabalho tem como objetivo principal avaliar se duas amostras de areia, com características muito distintas uma da outra, submetidas às mesmas condições descritas acima, entram em liquefação. A primeira amostra é uma areia limpa que foi extraída de um aterro hidráulico localizado em Camboinhas, Niterói, RJ, Brasil. A segunda é um rejeito arenoso de ferro extraído de uma barragem de rejeitos localizada em Mariana, MG, Brasil. As avalições foram feitas através de ensaios de compressão triaxial com deformação controlada. Avaliou-se o comportamento desses materiais em condições de baixa compacidade e sob diferentes tensões de confinamento, com a finalidade de observar se ocorreria a liquefação. Em caso de não ocorrência da liquefação, o objetivo era compreender os motivos de tal resposta e no caso de ocorrência, avaliar a influência da tensão de confinamento, assim como delimitar as zonas de instabilidade não drenada. Verificou-se que a areia de Camboinhas entrou em liquefação total apenas para tensões de confinamento baixas, e apresenta comportamento oposto ao comportamento normal de solos arenosos fofos, tendo baixa resistência à liquefação em baixa tensão de confinamento e alta resistência à liquefação em grandes tensões de confinamento. O rejeito arenoso de Mariana entrou em liquefação total em tensões de confinamento baixas e altas. O rejeito apresentou comportamento diferente da areia de Camboinhas e semelhante ao comportamento normalmente obtido em solos arenosos fofos sob condições não drenadas. / [en] Many authors agree that loose sands, under increasing undrained loading and liquefaction favorable granulometry, necessarily liquefy at some moment. This work has as main objective to evaluate if two sand specimens, with characteristics very different from each other, under the same conditions as described above, enter into liquefaction. The first specimen is a clean sand that was extracted from a hydraulic embankment located in Camboinhas, Niterói, RJ, Brazil. The second is a sandy tailing of iron extracted from a tailing dam located in Mariana, MG, Brazil. The evaluations were made through triaxial compression tests with controlled deformation. The behavior of these materials was evaluated under conditions of low compactness and under different confininig pressure, in order to observe if liquefaction would occur. In case of no liquefaction, the objective was understand the reasons for such response and in case of occurrence, evaluate the influence of the confining pressure, as well as mark the zones of instability undrained. It was verified that the Camboinhas sand entered in total liquefaction only for low confining pressure, and it has the opposite behavior to the normal behavior of loose granular soils, having low strength to liquefaction in low confining pressure and high strength to liquefaction in large confining pressure. The Mariana granular tailing also entered in total liquefaction for low and higth confinig pressure. The tailing showed different behavior of the Camboinhas sand and similar to the behavior normally obtained in loose granular soils under undrained conditions.

[pt] Historicamente é sabido que muitas das rupturas ocorridas em barragens ou taludes naturais podem ser atribuídas ao fenômeno da liquefação de solos arenosos, causada pela ação de carregamentos dinâmicos gerados por explosão ou, mais freqüentemente, por terremotos. Quando liquefação ocorre, um súbito aumento da poropressão faz decrescer a resistência ao cisalhamento do solo e sua capacidade de suportar pontes e edifícios é significativamente reduzida. Solo liquefeito também pode exercer altas pressões sobre estruturas de contenção, causando inclinações da mesma e movimentos do solo que, por sua vez, originam recalques e destruição de estruturas localizadas sobre a superfície do terreno. O termo liquefação tem sido empregado para descrever fenômenos relacionados, que produzem efeitos similares, mas cujos mecanismos de formação são bastante diferentes. Estes fenômenos são modernamente descritos como fluxo por liquefação e mobilidade cíclica. Fluxo por liquefação é o fenômeno no qual o equilíbrio estático é destruído por carregamentos estáticos ou dinâmicos em um depósito de solo com baixa resistência residual. Colapsos causados por fluxo por liquefação são freqüentemente caracterizados por movimentos rápidos e de grande extensão. Mobilidade cíclica, por outro lado, é causada por carregamentos cíclicos em solos sob tensões cisalhantes estáticas inferiores à resistência ao cisalhamento do material, com as deformações desenvolvendo-se gradualmente. A execução de barragens de rejeito usando a técnica de construção à montante pode levar à ocorrência de liquefação estática se a velocidade de construção for suficientemente alta para causar o desenvolvimento de excessos de poropressão. A resposta de liquefação pode ser observada em amostras de solo fofo quando as tensões de cisalhamento atingem um pico seguido por uma fase de amolecimento aparente que, no caso de carregamento não drenado, é associado com a tendência do material em contrair de volume. Para alguns estados iniciais, a parte descendente da resposta do material pode ser seguida por uma fase crescente que se atenua à medida que o estado permanente ou crítico for atingido. Nesta dissertação, a modelagem da resposta de liquefação por carregamento estático, foi feita considerando-se modelos propostos na literatura por Juárez-Badillo (1999b) e Gutierrez e Verdugo (1995). Este último, principalmente após modificação introduzida pela dependência de alguns parâmetros em relação à tensão de confinamento, levou a resultados bastante satisfatórios nas retroanálises consideradas, apesar da relativa simplicidade da formulação. / [en] Historically it is known that many failures in earth dams and natural slopes can be attributed to the phenomenon of sand liquefaction, caused by dynamic loads generated by earthquake shaking or other rapid loading, such as blasts. When liquefaction occurs, the strength of the soil decreases and its ability to support foundations for buildings and bridges is significantly reduced. Liquefied soil can also exerts higher pressure on retaining walls, which can cause them to tilt or slide, yielding settlement of the retained soil with risks of destruction of structures on the ground surface. The term liquefaction has actually been used to describe a number of related phenomena, which produce similar effects but whose mechanisms are quite different in nature. These phenomena can be divided into two main categories: flow liquefaction and cyclic mobility. Flow liquefaction is a phenomenon in which the static equilibrium is destroyed by static or dynamic loads in a soil deposit with low residual strength. Failures caused by flow liquefaction are often characterized by large and rapid movements. Cyclic mobility, on the other hand, is a liquefaction phenomenon triggered by cyclic loading, occurring in soil deposits with static shear stresses lower than the soil strength. Deformations due to cyclic mobility develop incrementally because of static and dynamic stresses that exist during an earthquake. The rising of tailing dams using the upstream construction technique can lead to static liquefaction failure if the rate of construction is sufficiently high to cause excess pore pressure to develop in the tailings. The liquefaction response is observed for loose specimens when the shear stress exhibits a peak followed by a phase of apparent softening that, in undrained loading, is associated with the tendency of the material to contract (densify). For some initial loading states, the descending part of the response is followed by an increasing part, leveling-off eventually when the material reaches the final, critical (steady) state. In this thesis, the modeling of the phenomenon of static liquefaction is carried out considering the constitutive models proposed in the literature by Juárez-Badillo (1999b) and Gutierrez & Verdugo (1995). The latter, mainly after introducing the assumption that some material parameters are stress dependent and not simple constants, as in the original version, produced good matching between experimental and predicted results, in spite the simplicity of the mathematical formulation.