Modelamiento numérico de pilares en roca mediante analogía al criterio de falla en albañilería

Abstract

Debido al crecimiento de proyectos mineros de tipo subterráneo en Chile y el mundo, surge la necesidad de mejorar las metodologías de diseño geotécnico relacionadas a estos proyectos, específicamente asociadas al diseño de pilares, el cual no ha sido estudiado en profundidad, pero que es fundamental para el éxito de un proyecto minero. Así, el siguiente estudio consiste en realizar un análisis numérico orientado a determinar curvas de estabilidad de pilares. Esto permite mejorar la actual estimación de estabilidad de pilares, la que tradicionalmente se realiza mediante fórmulas empíricas desarrolladas con una base de datos acotada a sitios específicos, por lo que quedan limitadas según el tipo de roca, dimensiones de pilar, estado tensional y otras características individuales de la mina estudiada. Para estos efectos, se propone un criterio de falla para macizos rocosos, basado en el modelo de Mann y Müller para albañilería, dadas las similitudes entre ambos materiales. Este criterio de falla permite incorporar todos los mecanismos de falla que podrían afectar al macizo, lo que actualmente no ha sido considerado por otro modelo constitutivo. Este modelo considera explícitamente las propiedades de resistencia al corte de las discontinuidades presentes en el macizo rocoso y la resistencia a la compresión no confinada de la roca intacta. Así, una vez obtenida la envolvente de falla para macizos rocosos, se realiza un modelamiento numérico en el programa de diferencias finitas FLAC 2D de pilares tipo muro , de manera de resolver un problema bidimensional y obtener las curvas de estabilidad de estos pilares. Posteriormente, mediante el uso de factores de reducción (Esterhuizen, et al., 2011), se agrega el efecto de orientación y frecuencia de las discontinuidades en los resultados de resistencia de pilares, lo que se traduce en una reducción de la resistencia y de las curvas de estabilidad. Con el fin de validar estas curvas se comparan con las de Lunder y Pakalnis (1997), por ser una de las más utilizadas actualmente, obteniéndose resultados aceptables. Finalmente, los resultados entregados por la modelación numérica son consistentes cualitativamente con lo que se ha observado en la literatura, ya que: 1.- Al disminuir uno (o ambos) parámetros de resistencia al corte de las discontinuidades, la resistencia de los pilares también disminuye. 2.- Los pilares esbeltos presentan una falla tipo progresiva o de slabbing axial , pudiendo atravesar el eje central del pilar, mientras que pilares de geometrías más gruesas (mayor ancho) presentan slabbing axial progresivo , pero sin penetrar el eje central, esto se debe principalmente al confinamiento en el núcleo de pilares gruesos (Dirige & A. Archibald, 2006). 3.- Al aumentar el tamaño del pilar (para W_p/H_p constante) o al aumentar la esbeltez (para un mismo ancho de pilar), la resistencia disminuye, esto se conoce como efecto tamaño y efecto forma, respectivamente (Hudson, et al., 1972).