Modelagem do comportamento de rochas na escala de laboratório empregando o CVBM heterogêneo

Abstract

Com o aumento da demanda de obras projetadas no espaço subterrâneo, tem se apresentado a necessidade de compreender e predizer o comportamento das rochas quando submetidas a diferentes tipos de carregamentos externos. Múltiplas técnicas experimentais e numéricas têm sido desenvolvidas para representar os diversos fenômenos que envolvem as rochas e os maciços rochosos. Uma dessas técnicas é o Modelo Contínuo de Blocos Voronoi (CVBM), que, com sua abordagem pseudo-descontínua bidimensional, tem-se mostrado como uma ferramenta numérica capaz de simular o comportamento das rochas na escala de campo e de laboratório, assumindo um único tipo de material para o conjunto de blocos e juntas utilizados na sua representação. No entanto, nos últimos anos, reconheceu-se a contribuição de outras fontes de heterogeneidade para uma modelagem mais precisa das rochas, permitindo modos de falha mais realistas e um desenvolvimento das tensões macroscópicas mais próximo dos resultados experimentais. Por estes motivos, neste trabalho, a heterogeneidade de material e de contato foi integrada ao CVBM usando um script desenvolvido na linguagem Python. Como caso de estudo, foi representado o comportamento do Diorito Äspö quando submetido a diferentes tipos de ensaios de laboratório (compressão simples e confinada, tração indireta, carregamento cíclico e tenacidade de fratura), analisando o impacto dos diferentes parâmetros, do tamanho dos elementos constituintes e da variabilidade espacial e estrutural na resposta elástica, tensões características e resistências do modelo. O CVBM heterogêneo conseguiu simular adequadamente a resposta macroscópica da rocha, capturando a variabilidade natural dos resultados e o desenvolvimento de diferentes tipos de fraturas ao longo do processo de carregamento. As novas características adicionadas ao modelo resultaram no rápido desenvolvimento de tensões de tração dentro do material, causando o crescimento gradual das fraturas, impactando nas tensões características e no comprimento da zona de crescimento instável das fraturas. Além disso, são expostos os procedimentos seguidos para representar o comportamento de rochas que apresentam foliação ou inclusões na sua estrutura interna, utilizando como exemplos ilustrativos a alteração do diorito calibrado e o basalto amigdaloide encontrado no local de construção da usina hidrelétrica de Baihetan, na China. Por fim, o trabalho é concluído com a expansão do procedimento para a aplicação da abordagem probabilística na definição das propriedades ao interior do corpo de prova.