Evaluación de la efectividad de herramientas numéricas para modelar el comportamiento post -peak de una roca intacta

Abstract

Uno de los principales usos de las herramientas numéricas es la modelación de fenómenos ingenieriles como el comportamiento de la roca intacta bajo esfuerzos mecánicos. Aquí es donde aparece el software de elementos discretos PFC3D3D, el cual permite simular la roca intacta mediante esferas rígidas unidas entre sí mediante modelos de contactos, cuyo comportamiento está definido por micro parámetros que controlan estos modelos. El diseño minero se ha basado principalmente en métodos empíricos para la planificación del complejo minero, debido a que el estudio del comportamiento post peak de la roca no está bien estudiado en los distintos modelos de contacto, además de que la obtención de datos para la zona plástica de la roca no tiene un procedimiento estándar definido, y los modelos matemáticos necesitan datos de entrada para poder lograr los ajustes necesarios. En base a lo anterior, el objetivo de este trabajo es estudiar la efectividad de dos modelos matemáticos (Soft Bonded Model y Flat Contact Model) para poder replicar el comportamiento post peak de la roca. Para esto, se busca una serie de datos experimentales de ensayos de Andesita, para así poder calibrar en su zona pre peak ambos modelos comparando los datos de las simulaciones con los datos experimentales. Luego de calibrar cada modelo, se realizan análisis de sensibilidad a los parámetros que definen a cada modelo para así poder determinar las variables más influyentes de estos, y luego se realizan simulaciones combinando estas variables y así poder comparar los resultados de las simulaciones con los datos de referencia y evaluar dicha efectividad. Los resultados pre peak obtenidos para cada modelo se ajustan a los datos de referencia obteniendo errores menores al 5% para las propiedades mecánicas y elásticas de la roca, con excepción de la razón de Poisson para el SBM debido a limitantes del modelo. Los resultados post peak indican que ambos modelos son capaces de representar el comportamiento frágil de la roca en la zona plástica, aunque obteniendo un error del 102% para el SBM y 27% para el FCM, esto debido a que esta propiedad no fue calibrada. En el caso de los ensayos triaxiales, se tiene que ambos modelos logran representar de buena manera el comportamiento post peak a bajas presiones de confinamiento (≤ 5 [MPa]), pero conforme se sube la presión de confinamiento, ambos modelos no logran representar de correcta manera la transición frágil-dúctil, subestimando el módulo residual a confinamientos mayores a 30 [MPa].