Efecto escala en el modelamiento de roca intacta mediante elementos discretos

Abstract

El efecto escala corresponde a una disminución de la resistencia y propiedades de deformación de la roca a medida que se incrementa el volumen del espécimen. Este efecto es causado por la mayor probabilidad de encontrar estructuras y defectos en la roca. Las principales técnicas de modelamiento numérico no incluyen este fenómeno en sus simulaciones, lo que motiva a investigar metodologías que permitan replicar tal efecto. El objetivo de esta memoria es evidenciar e inducir el efecto escala en modelos de elementos discretos. Para esto se dispone del software PFC3D Versión 4.00-182 (64 bit) para realizar ensayos de compresión uniaxial, tracción directa y compresión bajo confinamiento. Para la calibración del modelo de elementos discretos se utilizan los datos de ensayos de laboratorio de la roca Westerly Granite. La inducción del efecto escala se efectúa a través de dos metodologías: (i) liberación de vínculos entre partículas de manera aleatoria, (ii) modificación de micro-parámetros que definen al modelo. Se concluye que el modelo Bonded Particle Model utilizado por el software PFC3D permite replicar la resistencia y propiedades de deformación de la roca estudiada, exceptuando el comportamiento post-peak. Con respecto al efecto escala, éste no viene incorporado, por lo que la implementación se realiza con las metodologías descritas anteriormente. La liberación de vínculos produce disminución en la resistencia UCS pero no genera los mismos efectos para otros sets de micro-parámetros, necesitando en algunos casos liberar más del 100% de los vínculos para replicar la ley de escalamiento de Hoek & Brown. La modificación de micro-parámetros permite replicar la ley de escalamiento para cualquier set de microparámetros, utilizando como inputs el diámetro equivalente y resistencia a la compresión uniaxial de una probeta de 50 cm de diámetro de la roca en estudio. Este trabajo permite progresar en la implementación del efecto escala en PFC3D para roca intacta y podría ser el inicio para la implementación en la técnica Synthetic Rock Mass (SRM) de este efecto, con el fin de obtener resistencias distintas para los bloques que conforman un macizo rocosos en función de sus tamaño. Es necesario estudiar el modo de traspasar el código utilizado en PFC3D a la técnica SRM, e identificar las ventajas, desventajas y las posibles limitaciones de la metodología propuesta.