Influencia de la forma del defecto en el comportamiento de fluencia y la evolución del daño de la roca de carbón...

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Geotécnica
• Mecánica de Rocas
• Modelado Computacional

Sus antecedentes:

• Las masas de roca de carbón profundas en entornos geológicos complejos son propensas a defectos.
• Estos defectos pueden comprometer la estabilidad a largo plazo de las estructuras de ingeniería.

Objetivo del estudio:

• Investigar cómo la forma del defecto influye en el comportamiento de fluencia y los mecanismos de falla de la roca de carbón.
• Cuantificar el impacto de varias geometrías de cavidad en las propiedades mecánicas.

Principales métodos:

• Se desarrolló un modelo de fluencia mejorado acoplando el contacto Kelvin-Voigt y los modelos de enlace paralelo en PFC (Particle Flow Code).
• Se realizaron simulaciones en especímenes de roca de carbón intactos y defectuosos con diferentes formas de cavidad (rectangulares, trapezoidales, en forma de U invertida, cuadradas, circulares) bajo carga escalonada.

Principales resultados:

• Los defectos de cavidad reducen significativamente la resistencia a la fluencia, la deformación y el módulo de elasticidad, y el grado de debilitamiento depende de la geometría de la cavidad.
• Las cavidades rectangulares causaron la mayor caída en el esfuerzo de falla, las cavidades en forma de U invertida redujeron más el módulo de elasticidad y las cavidades cuadradas condujeron a la mayor disminución de la deformación.
• Las cavidades más anchas promovieron una mayor deformación compresiva a áreas iguales.
• Las cavidades circulares exhibieron campos de tensión simétricos y mejor estabilidad, mientras que otras formas desarrollaron zonas de tensión lateral que condujeron a la iniciación y propagación de grietas.

Conclusiones:

• La geometría de la cavidad es un factor dominante que controla la distribución de tensiones y los modos de falla en la roca de carbón.
• Las cavidades rectangulares y en forma de U invertida favorecen la falla por cizallamiento local, mientras que las cavidades circulares tienden hacia la falla por cizallamiento global.
• Comprender la influencia de la forma del defecto es crucial para evaluar y garantizar la estabilidad de las estructuras de ingeniería subterránea.