Modelado Geotécnico en FLAC3D y 3DEC: Condiciones de Borde, Fortificación y Ensayos de Carga

Condiciones de Borde y Comandos en FLAC3D y 3DEC

1. Definición y Uso de Condiciones de Borde

Las condiciones de borde se utilizan para sostener el modelo numérico y evitar movimientos de cuerpo rígido. Los "límites de rodillo" restringen los movimientos en la dirección perpendicular al plano que se fija.

2. Comandos para Condiciones de Borde en FLAC3D y 3DEC

A continuación, se presentan ejemplos de líneas de comando para definir condiciones de borde en 3DEC y FLAC3D, considerando un modelo con dimensiones definidas por xmin, xmax, ymin, ymax, zmin:

3DEC:

bound zvel xvel yvel 0 range z (zmin)
bound xvel 0 ran x (xmin)
bound xvel 0 ran x (xmax)
bound yvel 0 ran y (ymax)
bound yvel 0 ran y (ymin)

FLAC3D:

fix x ran x (xmin)
fix x ran x (xmax)
fix y ran y (ymin)
fix y ran y (ymax)
fix x y z ran z (zmin)

Aclaración: El comando FIX se puede utilizar tanto en FLAC3D como en 3DEC. Sin embargo, el comando BOUND es específico de 3DEC y no se puede usar en FLAC3D.

Comparación de Desplazamientos en Túneles: Antes y Después de Fortificación

Para comparar el estado de los desplazamientos en un túnel antes y después de la fortificación, se siguen estos pasos en la línea de comandos:

1. Resolver el modelo sin fortificación: solve
2. Guardar el modelo resuelto: save modeloantes.sav
3. Inicializar los desplazamientos a cero: ini xd 0 yd 0 zd 0
4. Aplicar la fortificación (ejemplos: sel Shell, sel cable, sel bolt, etc.)
5. Resolver el modelo con fortificación: solve
6. Guardar el modelo resuelto: save modelodespues.sav

Determinación de la Efectividad de la Fortificación

Para determinar qué método de fortificación es más efectivo, se puede realizar una comparación similar, aplicando diferentes métodos de fortificación y comparando los resultados:

1. Resolver el modelo sin fortificación: solve
2. Guardar el modelo: save modelo1.sav
3. Inicializar desplazamientos: ini xd 0 yd 0 zd 0
4. Aplicar fortificación 1: sel Shell, sel cable, etc.
5. Resolver: solve
6. Guardar: save modelo2.sav
7. Inicializar desplazamientos: ini xd 0 yd 0 zd 0
8. Aplicar fortificación 2: sel Shell, sel cable, etc.
9. Resolver: solve
10. Guardar: save modelo3.sav

Luego, se comparan los desplazamientos y/o otros parámetros de interés (ej., factores de seguridad) entre modelo1.sav, modelo2.sav y modelo3.sav para evaluar la efectividad de cada método.

Anexo: Ensayo de Carga Puntual y su Relación con la Resistencia a la Compresión Uniaxial (UCS)

Relación entre Carga Puntual y Compresión Uniaxial

Es posible inferir un resultado de un ensayo de carga puntual a uno de compresión simple mediante un ajuste por correlación o un factor de corrección. Sin embargo, existen diferencias clave:

• Forma de aplicación de la carga: En el ensayo de carga puntual, la carga se aplica en dos puntos, generando una fractura por tensión indirecta. El ensayo de compresión uniaxial aplica una carga uniformemente distribuida sobre toda la sección transversal de la muestra.
• Representatividad del UCS: El ensayo de carga puntual no proporciona una estimación directa del UCS. Se utiliza un índice de carga puntual (Is) para correlacionarlo con el UCS.

Discusión sobre la Fidelidad de los Resultados

La fidelidad de los resultados del ensayo de carga puntual depende de la calidad de la correlación utilizada. Si no se utilizan las dimensiones reales de la muestra, los resultados pueden ser representativos para la estimación, pero no necesariamente para el fragmento de roca específico.

Métodos para el Cálculo del UCS

Se pueden utilizar diferentes métodos para estimar el UCS a partir del ensayo de carga puntual:

• Método 1: Se basa en una correlación directa entre el índice de carga puntual y el UCS. Si se cuenta con un número suficiente de muestras y una buena correlación, este método puede ser válido.
• Método 2: Utiliza un factor de corrección para estimar el UCS a partir del índice de carga puntual corregido por el tamaño de la muestra (Is(50)). Este método suele ser más recomendado cuando la correlación del método 1 no es confiable.

Interpolación de De^2 (50 mm)

No es recomendable interpolar el valor de De^2 (50 mm) si la correlación obtenida en el método 1 no es buena, ya que esto introduce incertidumbre en los resultados.

Estimación de la Resistencia al Corte

No se puede estimar directamente la resistencia al corte a partir del ensayo de carga puntual. Se requiere un ensayo de corte directo o triaxial para determinar este parámetro.

Uso del Índice de Carga Puntual Is(50) y Diámetros Nx

Se utiliza el índice de carga puntual Is(50) como un valor estandarizado para estimar el UCS debido a que el ensayo de carga puntual es más económico y simple que el ensayo de compresión uniaxial. El uso de diámetros Nx (aproximadamente 54 mm) garantiza el correcto funcionamiento del equipo de ensayo y la obtención de resultados comparables.