Análisis numérico del mecanismo de falla en macizos rocosos fracturados considerando el efecto escala

Abstract

Comúnmente, la evaluación de la estabilidad de taludes en macizos rocosos con estructura en bloques es realizada mediante técnicas empíricas y en menor frecuencia por métodos numéricos, tanto para las etapas de diseño como para su verificación in situ. Un método alternativo de análisis, tal como la simulación numérica, se muestra como una herramienta para lograr este objetivo. Esta tesis muestra que la aplicación del Método de Elementos Finitos, con la representación explícita de las discontinuidades (denominado J-MEF), es una alternativa al uso del Método de los Elementos Discretos para el análisis del mecanismo de rotura en macizos rocosos con una estructura en bloques. Por otro lado, se comprobó que la utilización de modelos constitutivos, como el modelo elástico perfectamente plástico, permite evaluar el tipo de rotura de los taludes rocosos considerando el factor escala, además de calcular el factor de seguridad (FS) mediante la técnica de reducción de los parámetros (Método SSR). En la tesis, también se compara el factor de seguridad obtenido por métodos convencionales de Equilibrio Límite y por el Método de Elementos Finitos, así como la comparación de resultados obtenidos aplicando el Método J-MEF y el Método de Elementos Discretos. Finalmente, aplicando la metodología de la proyección estereográfica, se diseñan los taludes de un tajo abierto, para posteriormente analizar numéricamente la influencia del efecto escala considerando varias fases de excavación mediante el método J-MEF.

Commonly, the evaluation of the slope stability in rock masses with blocky structure is realized by empirical techniques and less frequently by numerical methods, for design stages and site verification. An alternative method of analysis, such as the numerical simulation, is shown as a tool for achieving this objective. This thesis shows that the application of the Finite Element Method with explicit representation of discontinuities (called J-MEF) is an alternative to the use of the Discrete Element Method for the analysis of failure mechanism in rock masses with a blocky structure. The use of constitutive models, as perfectly elastic plastic model, to evaluate the rupture of rock slopes considering the scale factor, and calculate the safety factor was verified. The thesis also compares the safety factor obtained by conventional Limit Equilibrium method and the Finite Element Method, and the comparison of results obtained applying the method J-MEF and the Discrete Element Method. Finally, using the stereographic projection methodology, an open pit slopes were designed, and the influence of the scale effect considering several phases of excavation was numerically analized.