RT Dissertation/Thesis
T1 Simulación numérica del comportamiento tenso-deformacional de muestras de granito naturales y artificialmente fisuradas mediante el código de partículas PFC3D
T2 Simulación numérica do comportamento tenso-deformacional de mostras de granito naturais e artificialmente fisuradas mediante códigos numéricos de diferenzas finitas (MDF – Código FLAC3D) e de partícula (MED – Código PFC)
A1 Castro Filgueira, Uxia
K1 2506.17 Mecánica de las Rocas
K1 1203.26 Simulación
AB La mecánica de rocas es la rama de la tecnología que estudia el comportamiento de las rocas y macizos rocosos de cara a su utilización en el ámbito de varias actividades humanas. En los primeros estadios de su desarrollo en las décadas de los 60 a los 80 del siglo XX se realizaron múltiples estudios de laboratorio y analíticos para entender su respuesta tenso-deformacional en una serie de situaciones típicas de su aprovechamiento humano (túneles, taludes, cimentaciones). Desde los años 80 del pasado siglo, se comenzaron a desarrollar códigos numéricos cada vez más potentes capaces de simular de manera más realista el comportamiento de estos materiales naturales. En este marco, esta tesis contribuye a avanzar en el conocimiento utilizando códigos de elementos discretos de partícula, aparecidos en el mercado hace unos diez años, para simular el comportamiento tenso-deformacional de probetas de granito intactas y pre-fisuradas en laboratorio incluyendo las fases elástica, de rotura y post-rotura, tratándose de uno de los primeros intentos en los que se lleva a cabo este tipo de análisis considerando la post-rotura. Para ello, y tras encuadrar el papel de los modelos numéricos en el ámbito de la mecánica de rocas y la ingeniería de los macizos rocosos, se presentan, en primer lugar, los desarrollos de simulación de modelos de partícula aplicados a distintos problemas de mecánica de rocas desde modelos de probetas hasta aplicaciones a escala de obra. Posteriormente se presentan los resultados de laboratorio de ensayos de resistencia a compresión simple y triaxial tenso-deformacionales de probetas de granito intactas y fisuradas que sirven como referencia de las simulaciones a realizar. Tras introducir el código de elementos discretos de partícula PFC3D, el procedimiento básico de realización de simulaciones y los algoritmos de creación de modelos de partículas enlazadas, o Bonded-Particle Models (BPM), se pasa a la simulación de los ensayos de laboratorio. En primer lugar se realizan simulaciones de las probetas de roca intacta comenzando con modelos de contacto sencillo (de enlace paralelo o parallel-bond), que en general no dieron buenos resultados, y pasando a modelos más avanzados (tipo junta plana o flat-joint) que produjeron, partiendo de unos parámetros micro-mecánicos estimados, mejores resultados. Mediante un proceso de análisis de sensibilidad en el que se cuantificó la influencia de los parámetros micro-mecánico, se seleccionaron finalmente unos parámetros que permitieron obtener un buen ajuste de la respuesta elástica y resistente de las probetas y en cierta menor medida del comportamiento post-rotura de las probetas en relación a las observaciones de laboratorio. Finalmente, y basándose en los parámetros de la roca intacta, se prepararon modelos de las probetas de roca pre-fisuradas incluyendo las fisuras en los modelos en forma de contactos tipo "junta suave" o smooth-joint y se realizaron modelos de probetas con 1+2 y 2+3 fisuras en paralelo con los ensayos de laboratorio. Tanto el comportamiento elástico como los niveles de resistencia derivados de los modelos se ajustan de manera muy aproximada a la respuesta de las muestras en laboratorio. En cuanto el comportamiento post-rotura, los modelos son capaces de reproducir las tendencias de disminución de la dilatancia con el confinamiento y con el nivel de plastificación sufrido por la muestra, aunque los valores obtenidos indican mayor dilatancia que la observada, lo que se atribuye a la dificultad para simular algunos fenómenos complejos del comportamiento de la roca, en particular, las roturas en esquinas de la muestras y formación de polvo de roca e interacciones entre bandas de cortante o grietas de tracción de nueva formación y fisuras prexistentes. En conclusión, se ha avanzado de manera importante hacia la realización de modelos realistas de probetas intactas y fisuradas en laboratorio con un buen ajuste (matching) de las propiedades de elasticidad y resistencia, las más relevantes para muchos casos prácticos en mecánica de rocas (túneles, taludes) cuando el principal objetivo es evitar la rotura. Además, se han identificado tendencias de parámetros y, por primera vez, se ha reportado en detalle resultados de post-rotura para una amplia gama de condiciones reales (muestras intactas y fisuradas para una gama amplia de confinamientos), todo lo cual supone un pequeño avance del conocimiento sobre la simulación de rocas mediante de códigos de partícula.
YR 2019
FD 2019-05-20
LK http://hdl.handle.net/11093/1266
UL http://hdl.handle.net/11093/1266
LA spa
DS Investigo
RD 01-oct-2023