Comparación de modelos de elementos discretos aplicados al comportamiento de roca intacta

Abstract

El estudio del comportamiento de roca intacta es el punto de partida para poder realizar análisis a escala de macizo rocoso. Es por esto que se han realizado grandes esfuerzos para replicar y validar dicho comportamiento mediante el modelamiento numérico. Aquí es donde aparece el programa de elementos discretos PFC3D, el cual replica a la roca intacta mediante esferas rígidas unidas entre sí por modelos de contactos, cuyo comportamiento depende de micro-parámetros. El modelo de contactos utilizado últimamente para realizar los ensayos con este programa tiene por nombre Enhanced Bonded Particle Model, el cual presenta una serie de deficiencias. De esta manera se trabajó en la creación de un nuevo modelo llamado Flat Joint Model, con la finalidad de tratar de superar las falencias que presenta el Enhanced BPM. De esto nace el objetivo principal de este trabajo, el cual consiste en calibrar este nuevo modelo de contacto, de manera de representar el comportamiento de la roca intacta, que en este caso corresponde a la roca Westerly granite, y poder así comparar los resultados obtenidos por ambos modelos. Para lograr la calibración del Flat Joint Model, y tener un punto de comparación con datos de laboratorio, se extraen desde la literatura una serie de datos experimentales de diversos autores que realizaron una serie de ensayos de roca a muestras de granito que llevan por nombre Westerly granite. Además se cuenta con los resultados de simulaciones hechas con el modelo Enhanced Bonded Particle Model. Los resultados de las simulaciones hechas con el Flat Joint Model, luego de haber sido calibrado, nos dicen que este modelo replica con mayor exactitud los parámetros elásticos y de resistencia en el ensayo de compresión uniaxial y de tracción directa, como también representa de mejor manera la envolvente de falla experimental de la roca, sobre todo a confinamientos bajo los 60 [MPa]. Además se resuelve en parte una de las deficiencias del modelo Enhanced BPM, el cual no es capaz de replicar los valores de la razón de Poisson de la roca obteniendo resultados muy por debajo a los experimentales (diferencias del orden de 86%). Finalmente se concluye que el FJM es mejor modelo de contactos que el Enhanced BPM debido a que es capaz de replicar un comportamiento post-peak de la roca (comportamiento frágil), lo cual era la gran deficiencia del primer modelo. Si bien no se logra representar la fragilidad de la roca a grandes confinamientos, es un gran avance que se tengan comportamientos frágiles aún a 30 [MPa] de confinamiento, siendo que en el Enhanced BPM, a confinamientos de 5 [MPa] ya se presenta una respuesta dúctil de la curva esfuerzo-deformación.