Thesis:

Desarrollo de un método para evaluar el estallido de rocas en excavaciones subterráneas mediante el modelado numérico de la energía cinética

Los estallidos de roca corresponden a un fenómeno en el que macizos rocosos sometidos a altos esfuerzos geoestáticos sufren una falla repentina y violenta, resultando en la proyección de diversos fragmentos de roca en las zonas aledañas a las paredes de una excavación subterránea. Este fenómeno ocurre de manera instantánea e involucra una liberación considerable de energía. La frecuencia cada vez mayor de estos estallidos en galerías subterráneas profundas plantea una amenaza significativa tanto para los trabajadores como para los equipos de operación, por lo que su evaluación y prevención es fundamental. A pesar de que en la última década se han propuesto varios métodos de análisis, que incluyen enfoques empíricos, modelos matemáticos y simulaciones numéricas para identificar el mecanismo de origen, estimar el lugar de ocurrencia y determinar las posibles consecuencias de estos eventos, aún no se ha establecido una metodología sólida basada en principios físicos para determinar el potencial peligro asociado a estos fenómenos. En esta misma línea, aún no se logra comprender con totalidad cómo diversos factores, como las propiedades mecánicas de la roca, el campo tensional in situ y ciertos parámetros operacionales, influyen en la magnitud y distribución de la energía asociada a estos eventos. Este estudio aborda dos líneas investigativas relacionadas con estos desafíos. En un primer análisis, se investiga la influencia de cuatro parámetros (módulo de Young, coeficiente de Poisson, tensiones in situ y relación de esfuerzos horizontal/vertical) sobre la distribución y magnitud de la energía de deformación en un evento potencial de estallido de roca. Se realizaron múltiples simulaciones numéricas en tres dimensiones, considerando un modelo constitutivo elástico para la caracterización del macizo rocoso, donde se evaluaron los parámetros relacionados con la energía de deformación máxima en el contorno de la galería y por delante del frente de avance de la excavación. Para la validación de los resultados, estos se contrastaron con los valores analíticos calculados a través de la solución de Lamé. En un segundo análisis, se propone una herramienta para(...).

Rockbursts correspond to events in which large volumes of rock, subjected to high geostatic stresses, suffer a sudden and violent failure, resulting in the projection of various rock fragments in the areas surrounding the walls of an underground excavation. This phenomenon occurs instantaneously and involves a considerable release of energy. The increasing frequency of these explosions in deep underground galleries poses a significant threat to both workers and operating teams, making their evaluation and prevention essential. Although in the last decade several analysis methods have been proposed, including empirical approaches, mathematical models, and numerical simulations, to identify the mechanism of origin, estimate the place of occurrence and determine the possible consequences of these events, still a solid methodology based on physical principles has not been established to determine the potential danger associated with these phenomena. Along these lines, it is still not possible to fully understand how various factors, such as the mechanical properties of the rock, the in-situ tension field and certain operational parameters, influence the magnitude and distribution of the energy associated with these events. This study addresses two lines of research related to these challenges. In a first analysis, the influence of 4 parameters (Young's modulus, Poisson's ratio, in-situ stresses, and horizontal/vertical stress ratio) on the distribution and magnitude of deformation energy in a potential rockburst event is investigated. Multiple numerical simulations were carried out in three dimensions, considering an elastic constitutive model for the characterization of the rock mass, where the parameters related to the maximum deformation energy in the contour of the gallery and in front of the advance front of the excavation were evaluated. To validate the results, the results obtained were compared with the analytical values calculated through Lamé's solution. In a second analysis, a tool is proposed to(...).