MECANICA DE ROCAS PHASE2
MARCO TEÓRICO Phase 2 es un poderoso programa 2D para análisis de elementos finitos y análisis de estrés para excavaciones subterráneos o de superficie en roca o suelo. El software puede ser utilizado para una amplia gama de proyectos de ingeniería y diseño, e incluye soporte a la estabilidad de taludes, infiltración de aguas subterráneas y análisis probabilístico. Phase 2 puede ser utilizado para modelar la excavación de una mina a cielo abierto. El modelo puede ser excavado en etapas y puede incluir fallas sub-verticales que interceptan el terreno. Modelos complejos o de multi-excavación pueden ser fácilmente creados y rápidamente analizados - túneles en roca débil o articulada, cavernas subterráneas, minas a cielo abierto y pendientes, vertederos, estructuras de tierra estabilizadas (MSE) y mucho más. Falla progresiva, interacción de apoyo y una variedad de otros problemas pueden ser abordados. Phase 2 ofrece una amplia gama de opciones de modelaje de apoyo. Elementos de revestimiento pueden ser aplicados en el modelaje proyectado: concreto, sistemas de conjunto de acero, muros de contención, pilotes, multi-capa de revestimiento compuesto, geo textiles y mucho más. Una de las características principales de Phase 2 es el análisis de elementos finitos y de estabilidad de taludes usando el método de reducción de fuerza de corte. Esta opción es totalmente automatizada y puede ser usada con cualquier parámetro de fuerza MohrCoulomb
o
de
Hoek-Brown.
Los
modelos
de
inclinación
pueden
ser
importados/exportados entre el Software Slide y Phase 2 permitiendo una comparación fácil de equilibrio límite y los resultados de elementos finitos.
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Phase 2 incluye estado de equilibrio, análisis de elementos finitos infiltración de aguas subterráneas incrustado en el programa. No hay necesidad de utilizar un programa de aguas subterráneas por separado. La presión en los poros es determinada, así como el flujo y el gradiente, los resultados son automáticamente incorporados en el análisis de tensiones.
OBJETIVOS
Aplicar el uso del programa Phase2 en el trabajo realizado en el informe
anterior. Mostrar los resultados de los datos presentados, siendo estas las gráficas
mostradas, e identificar las diferencias e igualdades de estas. Demostrar la utilidad del programa Phase2, asimismo su versatilidad con
diversos casos presentes en la realidad. Analizar como varían los resultados con diversos cambios de los datos de entrada.
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PROCEDIMIENTOS Primero abrimos el programa Phase2
Agregamos la excavación, para lograr esto nos vamos a la barra superior y seleccionamos “Boundaries” y seleccionamos la herramienta “Add Excavation”.
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Como es la versión 8.0, esta se colocara de la siguiente manera. Colocando la letra “i” en el recuadro de la parte inferior derecha, con esta letra se procederá a realizar una excavación circular.
Una vez realizado esto se presentara el siguiente cuadro.
Brindamos la información necesaria marcando la opción “Center an radius. Raidus is:” y colocando el valor de “1” en el cuadro consecuente. Asimismo seleccionamos el número de segmentos que tendrá nuestra excavación circular, en nuestro caso lo dejamos en 40.
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Le damos OK, y seleccionamos el centro del círculo, una vez más vamos a la parte inferior derecha de la pantalla y colocamos “0 0” siendo estas las coordenadas del centro.
Obteniendo la siguiente excavación
Agregamos el borde a la excavación, vamos de nuevo a “Boundaries”, y esta vez seleccionamos “Add External”.
Apareciendo el siguiente cuadro. 6
Procedemos a cambiar la parte de “Boundary Type” de Box a Circle, ya que nuestro trabajo anterior fue realizado en una circunferencia. Además como el trabajo anterior se realiza con un límite circular de tamaño cinco veces el radio se tomara un “Expansion Factor” de 1.25 para que satisfaga las condiciones.
Le damos OK y nos dará la siguiente imagen.
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Una vez logrado esto nos corresponde determinar la malla en la cual se trabajara para eso nos colocamos en la barra superior y colocamos “Mesh”, y nos dirigimos hacia su “Setup”.
Se nos aparecerá el siguiente cuadro.
Notamos que la opción “Mesh Type” sirve para mostrarnos los tipos de mallas que se generara, en nuestro caso lo dejamos en “Graded”, en el siguiente ítem “Element Type” nos muestra la forma de la malla en nuestro caso formaremos triángulos con 3 nodos, asi que lo dejaremos en la opción presente; una vez visto esto le damos “Discretize”.
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Y le damos a la opción Mesh, para así finalmente generar nuestra malla. Y finalizamos con OK.
Ahora procedemos a determinar las propiedades de la excavación, cargándolas. Para esto nos colocamos en “Loading” en la parte superior, y consiguiente “Field Stress”.
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Nos aparecerá un cuadro, en el cual en la opción Field Stress Types colocaremos la opción “Gravity”, esto nos generara otras casillas que tendremos que completar en el espacio de “Ground Surface elevation” colocaremos 300, ya que esta es la profundidad de nuestra excavación; en Unit Weight Overburden insertaremos el valor de la densidad siendo este 0.0265; y finalmente en Total Stress Ratio colocaremos el valor de “k” siendo este valor en nuestro caso igual a 0.69.
Le damos OK, y toda esta información quedara guardada. Ahora colocamos las propiedades del material. Para esto nos colocamos en “Properties” y seguidamente en “Define Materials”
En esta parte nos encontraremos en dos sectores “Elastic Properties”, siendo estás propiedades como el coeficiente Young y el coeficiente de poisson colocando en estos el primer valor de 1778.279 y al último el valor de 0.3. Para la segunda parte nos 10
encontramos en Strength Parameters, donde nos pide definir el Failure Criterion, siendo nuestro caso macizo rocoso le colocamos Hoek-Brown, ellos nos generará otras casillas en estas colocamos los valores correspondientes; en la primera nos pide Intact UCS (MPa) en nuetsro caso sería de 90 MPa; en la segunda casilla nos pide el parámetro m. siendo este igual a S
mb
siendo en este caso 2.606; finalmente nos pide el valor de
siendo este 0.00673795. Le damos OK para que funciones y se guarde.
Finalmente seleccionamos las propiedades de los materiales en nuestra excavación. Para eso nos colocamos en Properties, y seleccionamos Assign Properties, apareciendo la siguiente pantalla.
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Seleccionamos Excavate y le damos click en el centro.
Ahora nos muestra la siguiente figura.
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Procedemos a correr nuestros datos con la herramienta computer, icono de color verde situado en la parte superior izquierdo con forma de teclado.
Para ello nos pide guardar el archivo, lo haremos en cualquier lugar de nuestra preferencia.
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En nuestro caso lo nombraremos RocasII y lo guardaremos en nuestro escritorio. Después de guardarlo el programa comienza a correr obteniendo la siguiente captura.
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Una vez terminado esta operación quedara solo interpretar la gráfica y para eso nos vamos a Interpret, ubicado al lado de Computer.
Mostrándonos las gráficas requeridas, en nuestro caso mostraremos solo Sigma 1, Sigma 3, Factor de Seguridad y el Diagrama de Flechas. Pero vale mencionar las demás gráficas que el programa muestra son las siguientes.
Una vez mencionado esto, mostramos las gráficas determinadas.
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SIGMA 1
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SIGMA 3
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FACTOR DE SEGURIDAD
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DIAGRAMA DE FLECHAS
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INFOWIBEER Una vez generada las gráficas tendremos que obtener la infromación de nuestra gráfica para eso nos vamos a Info Viewer.
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Generandonos la siguiente pantalla, donde se muestra toda la información requerida.
La información completa se muestra acontinuación:
Phase2 Analysis Information Project1 Project Summary File Name: RocasII Last saved with Phase2 version: 8.005 Project Title: Project1
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General Settings
Single stage model Analysis Type: Plane Strain Solver Type: Gaussian Elimination Units: Metric, stress as MPa
Analysis Options
Maximum Number of Iterations: 500 Tolerance: 0.001 Number of Load Steps: Automatic Convergence Type: Absolute Energy Tensile Failure: Reduces Shear Strength Joint tension reduces joint stiffness by a factor of 0.01
Groundwater Analysis Method: Piezometric Lines Pore Fluid Unit Weight: 0.00981 MN/m3 Probability: None
Field Stress
Field stress: gravity Ground surface elevation: 300 m Unit weight of overburden: 0.0265 MN/m3 Total stress ratio (horizontal/vertical in-plane): 0.69 Total stress ratio (horizontal/vertical out-of-plane): 1 Locked-in horizontal stress (in-plane): 0 Locked-in horizontal stress (out-of-plane): 0
Mesh
Mesh type: graded Element type: 3 noded triangles Number of elements: 652 Number of nodes: 366
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Mesh Quality All elements are of good quality Poor quality elements defined as:
Side length ratio (maximum / minimum) > 30.00
Minimum interior angle < 2.0 degrees
Maximum interior angle > 175.0 degrees
Excavation Areas
Original Un-deformed Areas
Excavation Area: 3.129 m2
Excavation Perimeter: 6.277 m
External Boundary Area: 72.004 m2
External Boundary Perimeter: 30.591 m
Stage 1
Excavation Area: 3.103 m2 (-0.0258446 m2 change from original area)
Excavation Perimeter: 6.251 m (-0.025971 m change from original perimeter)
External Boundary Area: 72.004 m2 (0 m2 change from original area)
External Boundary Perimeter: 30.591 m (0 m change from original perimeter)
Volume Loss to Excavation: 0 %
Material Properties
Material: Material 1
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___ Color Initial element loading
field stress & body force
Unit weight 0.027 MN/m3
Elastic type
isotropic
Young's modulus
1778.28 MPa
Poisson's ratio
0.3
Failure criterion
Hoek-Brown
Material type
Elastic
Compressive strength
90 MPa
mb parameter
2.606
s parameter
0.00673795
Piezo to use
None
Ru value
0
Displacements Displacement data is not available until total displacement is viewed in a window
List of All Coordinates
Excavation boundary X
Y -0.987688 -0.951057 -0.891007 -0.809017 -0.707107 -0.587785 -0.45399 -0.309017 -0.156434 -6.12323e-017 0.156434 0.309017
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-0.156434 -0.309017 -0.45399 -0.587785 -0.707107 -0.809017 -0.891007 -0.951057 -0.987688 -1 -0.987688 -0.951057
0.45399 0.587785 0.707107 0.809017 0.891007 0.951057 0.987688 1 0.987688 0.951057 0.891007 0.809017 0.707107 0.587785 0.45399 0.309017 0.156434 1.83697e-016 -0.156434 -0.309017 -0.45399 -0.587785 -0.707107 -0.809017 -0.891007 -0.951057 -0.987688 -1
-0.891007 -0.809017 -0.707107 -0.587785 -0.45399 -0.309017 -0.156434 -1.22465e-016 0.156434 0.309017 0.45399 0.587785 0.707107 0.809017 0.891007 0.951057 0.987688 1 0.987688 0.951057 0.891007 0.809017 0.707107 0.587785 0.45399 0.309017 0.156434 2.44929e-016
External boundary X
Y 4.94975 4.00443 1.52956 -1.52956 -4.00443 -4.94975 -4.00443 -1.52956 1.52956 4.00443
-8.65956e-016 2.90939 4.70749 4.70749 2.90939 6.06169e-016 -2.90939 -4.70749 -4.70749 -2.90939
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CONCLUSIONES En el presente trabajo, siendo este la comprobación de nuestro primer informe se da las siguientes conclusiones:
El programa Phase2 es una herramienta muy util que nos brinda en un tiempo corto (milesimas de segundo), lo que nosotros en un trabajo, en mi caso de 4
días, fue muy arduo. El programa es muy versatil permitiendonos dar muchas caracteristicas a las excavaciones, siendo estas figuras conocidas (circulares, rectangulares, cofre,etc.) y en otros casos figuras desconocidas y muy deformes; trabajando y hallando toda la información fuera de su borde. Esto mismo sucede con el
material alrededor de esta. En el informe anterior no se llego a usar el modulo de Young asimismo tampoco el coeficiente de poisson, siendo en este caso evaluados y teniendo efecto en la
generación de las curvas isovaloricas en cada caso. En el presente informe se muestra las gráficas, siendo estas muy similares a las generadas en el primer informe, asimismo esta se diferencia en la presencia de colores zonales para diferenciar y poder determinar zonas de mayor valor y 26
zonas de menor valor que presenta dicha gráfica, la cual beneficia mucho en el
estudio. El programa Phase2 analiza los esfuerzos mediante el analisis de los nodos que se generan en la malla; siendo estos nodos los valores que analiza, se observo que mediante mayor cantidad de nodos se presente se obtendra una mejor gráfica, donde las curvas isovaloricas muestran un comportamiento uniforme. Asimismo dependiendo del analisis del tipo de malla usada esta generara una gráfica diferente que depende de la forma de la malla.
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