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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2022.tde-11072022-103548
Document
Author
Full name
Victor Keniti Sakano
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Pileggi, Rafael Giuliano (President)
Boscov, Maria Eugênia Gimenez
Cavalcante, André Luís Brasil
Mendes, Paulo Roberto de Souza
Oliveira Filho, Waldyr Lopes de
Title in Portuguese
Métodos avançados para avaliação da natureza reológica de suspensões concentradas aplicados ao escoamento pós-colapso de barragens de rejeito.
Keywords in Portuguese
Escoamento
Reologia
Suspensão concentrada
Abstract in Portuguese
O contínuo crescimento de demanda mineral, somado ao desenvolvimento tecnológico, vêm aumentando a produção de rejeitos de mineração e, consequentemente, o número de barragens em todo mundo. Apesar da estrutura de contenção ser projetada corretamente para armazenar grandes volumes de material, ainda assim existe o risco de falha operacional. Nos últimos anos, foram observados acidentes catastróficos relacionados à ruptura desta estrutura, trazendo para o primeiro plano os riscos relacionados a ela, ampliando a conscientização relacionada ao seu problema. No entanto, faltam estudos que analisem o processo de rompimento de barragens e a evolução do fluxo devido a sua complexidade. Assim, para um evento hipotético de colapso de uma barragem de rejeitos, o objetivo da tese é utilizar técnicas de reometria avançadas, visando mapear a evolução do comportamento reológico de uma suspensão concentrada durante o escoamento e evidenciar que a natureza reológica do material está além dos parâmetros de tensão de escoamento e viscosidade. Para este estudo, optou-se pela utilização de um micro filler como material de referência, em substituição aos rejeitos de mineração, por ser mais adequado para explorar e definir as metodologias de ensaio. Foram propostos ensaios reológicos de fluxo e oscilatório e um modelo de pequena escala para avaliar a dinâmica de escoamento. Os diferentes métodos reológicos foram capazes de representar os diferentes estágios envolvidos na evolução de uma ruptura hipotética de barragem de rejeitos. Atualmente, para a modelagem computacional, são utilizadas a tensão de escoamento e a viscosidade como input da modelagem; no entanto, ficou demonstrado que existe mais de uma forma para estimar ambos os parâmetros, dependendo do histórico de cisalhamento. Ademais, pela análise dos dados brutos da tensão e deformação nos regimes linear e não linear, foi possível avaliar os comportamentos viscoelástico e viscoplástico da suspensão e associá-la à evolução do escoamento. Em paralelo, foi preparado um modelo reduzido para avaliar a dinâmica de escoamento e estimar os parâmetros reológicos de tensão do escoamento e da viscosidade..
Title in English
Advanced methods for assessing the rheological behavior of concentrated suspensions applied to tailings dams break.
Keywords in English
Concentrated suspension
Dam break
Flow
Non linear
Rheology
Abstract in English
The continuous growth in mineral demand, added to technological development, has increased the production of mining tailings and, so, the number of dams worldwide. Despite the dam structure being correctly designed to store large volumes of material, there is still the risk of operational failure. In recent years, catastrophic accidents related to the rupture of this structure have been seen, bringing to the foreground the risks related to it, enlarging the awareness related to its problem. However, there is a lack of studies that analyze the process of dam failure and the evolution of the flow due to its complexity. Thus, for a hypothetical tailings dam collapse event, the aim of the thesis is to use advanced rheometry techniques to evaluate the evolution of the rheological behavior of a concentrated suspension during flow and show that the rheological behavior of the material is beyond the yield stress and viscosity parameters. For this study, it was chosen a micro filter as a reference material, replacing the mining waste, as it is more suitable for exploring and defining test methodologies. Flow and oscillatory rheological tests and a smallscale model were proposed to evaluate the flow dynamics. The different rheological methods were able to stand for the various stages involved in the evolution of a hypothetical tailings dam failure. Currently, for computational modeling, yield stress and viscosity are used as input for modelling, however, it was proved that there is more than one way to estimate both parameters, depending on the shear history. Furthermore, by analyzing stress and deformation raw data in the linear and nonlinear regimes, it was possible to evaluate suspensions viscoelastic and viscoplastic behavior and its association with the evolution of the flow. In parallel, a reduced model was prepared to evaluate the flow dynamics and estimate the rheological parameters of yield stress and viscosity.
 
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Publishing Date
2022-07-11
 
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