Estudio multiescala sobre las características dinámicas del daño y la disipación de energía de rocas profundas bajo...

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Geotécnica
• Mecánica de Rocas
• Ingeniería Multifísica

Sus antecedentes:

• Las excavaciones de ingeniería de terrenos profundos son susceptibles a desastres por explosión de rocas.
• El acoplamiento térmico-hidro-mecánico (THM) y las perturbaciones mineras aumentan significativamente estos riesgos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto del acoplamiento THM en los mecanismos de falla de las rocas bajo carga dinámica.
• Caracterizar los cambios microestructurales y de poros en rocas sometidas a compresión de alta tasa de deformación.
• Desarrollar y validar un modelo mecánico para la propagación de microfisuras.

Principales métodos:

• Se utilizó un aparato de acoplamiento multifísico THM desarrollado y una barra de presión de Hopkinson dividida para experimentos de compresión de alta tasa de deformación.
• Se empleó Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Resonancia Magnética Nuclear (RMN) para analizar las estructuras de fractura y poros.
• Se construyó y validó un modelo mecánico de propagación de microfisuras deslizantes.

Principales resultados:

• Las curvas dinámicas de esfuerzo-deformación mostraron un comportamiento no lineal con un 'área de plataforma plástica'.
• Los coeficientes de disipación de energía se relacionaron con la presión del agua a través de una función gaussiana.
• Los modos de falla evolucionaron de compresión-cizallamiento a falla por fractura con el aumento de la temperatura y la presión del agua; se identificó un umbral de daño dinámico entre 0.35-0.36.
• El análisis microscópico indicó un cambio de fractura intergranular a transgranular.
• La RMN reveló una mayor integridad estructural de los poros y una menor porosidad con el aumento de la presión del agua.

Conclusiones:

• El acoplamiento THM altera significativamente los modos de falla de las rocas y las características microestructurales.
• El modelo mecánico desarrollado predice con precisión la iniciación de microfisuras bajo cargas THM e de impacto.
• Los hallazgos proporcionan información crucial para mitigar los riesgos de explosión de rocas en la ingeniería de terrenos profundos.