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[pt] MODELAGEM NUMÉRICA DE BARRAGENS DE MINERAÇÃO UTILIZANDO O MÉTODO DO PONTO MATERIAL / [en] NUMERICAL MODELING OF TAILING DAMS USING THE MATERIAL POINT METHOD

LUCAS GHION ZORZAN 07 January 2025 (has links)
[pt] Rupturas de barragens de mineração estão associadas à severos impactos sociais, econômicos e ambientais para a sociedade de forma geral. Estas estruturas figuram entre as maiores e mais complexas no âmbito da geotecnia, representando um desafio na compreensão do comportamento geomecânico dos materiais e dos fenômenos que eventualmente possam levar à falha. Devido a esta complexidade, a construção de modelos numéricos representativos destas estruturas é uma tarefa igualmente difícil, estando disponíveis diversas metodologias embasadas, principalmente, em análises de pequenas deformações ou em conceitos oriundos da hidrodinâmica computacional. Neste sentido, o presente trabalho objetiva contribuir para a avaliação de rupturas de barragens de mineração por meio da modelagem numérica em grandes deformações utilizando o Método do Ponto Material (MPM), método numérico híbrido capaz de simular o meio contínuo utilizando pontos deslocáveis em uma malha fixa de cálculo. Para isso, simulou-se com o MPM a ruptura da Barragem de Cadia, na Austrália, caso histórico de falha de uma estrutura de contenção de rejeitos, utilizando o modelo de Mohr-Coulomb com e sem amolecimento. Complementarmente, simulações em pequenas deformações fazendo uso do Método dos Elementos Finitos foram conduzidas de modo a constituir um referencial na avaliação crítica dos resultados em grandes deformações, inclusive considerando o modelo embasado na teoria do estado crítico NorSand. Além da avaliação geral das deformações induzidas no processo de ruptura, as modelagens focam na simulação de um run-out compatível com as observações de campo, bem como a estimativa dos volumes de material mobilizado em caso de ruptura. Foram obtidas, nas análises numéricas, configurações deformadas aderentes ao observado para a barragem estudada. Observou-se que o MPM é um método aplicável em análises geotécnicas, fornecendo resultados coerentes com observações registradas na literatura, podendo sua utilização ser estendida para diversas aplicações de engenharia. / [en] Tailings dams failures are associated with severe social, economic, andenvironmental impacts on society at large. These structures rank among thelargest and most complex in the field of g eotechnics, representing a challengein understanding the geomechanical behavior of materials and the phenomenathat might lead to failure. Due to this complexity, building representativenumerical models of the mechanisms associated with these structures is equallychallenging, with various methodologies available, mainly based on small strainanalyses or concepts from computational hydrodynamics. In this context, thisstudy aims to contribute to the understanding of mechanisms associated withtailings dams failures through large deformation numerical modeling usingthe Material Point Method (MPM), a hybrid numerical method capable ofsimulating the continuum using movable points on a fixed computationalmesh. To this end, in the numerical analyses with the MPM, the failureof the Cadia Dam in Australia, a historic case of a tailings storage facilityfailure, was simulated using the Mohr-Coulomb model with and withoutsoftening. Additionally, small strain simulations using the Finite ElementMethod were conducted to provide a benchmark for the critical evaluation oflarge deformation results, including the NorSand model based on the criticalstate theory. Beyond the general assessment of the deformations induced in thefailure process, the models focus on simulating a run-out consistent with fieldobservations, as well as estimating the volumes of mobilized material in theevent. In the numerical analyses, deformed geometries adherent to the observedones were obtained for the studied dam. It was observed that the MPM is asuitable method for geotechnical analyses, providing results consistent withobservations documented in the literature, and its use can be extended forvarious engineering applications.

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