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tutorial elaborado en español
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5/17/2018 Phase Fractura - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/phase-fractura 1/12
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Tutorial de Fracturas o Fallas
Este tutor involucra una abertura circular de un radio de 2.5 m a ser excavada cerca a un plano
horizontal de una fractura o falla, localizada a 3.5 metros sobre el centro de la abertura circular.
Para este análisis, se sume que el macizo rocoso es elástico pero la fractura va a deslizarse,
ilustrando el efecto de un plano de debilidad sobre una distribución de fuerza elástica cerca deuna abertura. (Este ejemplo está basado en el presentado en la página 193 de Brady and Brown
de Mecánica Rocas Para Minería Subterránea de 1985 consulte ese manual para información
adicional.)
El producto terminado de este tutor puede ser encontrado en el archivo de datos tut5.fea
localizado en el folder de instalación PHASE 2
Modelo
Si usted no ha hecho uno empiece el programa PHASE2 MODELSeccionando→ Programs→ Rocscience→ Phase 2→ Phase 2 , del menú start.
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Ingresando los Contornos
Primero cree la excavación circular como sigue
Seleccione: Boundaries→
Add Excavation
1. Botón derecho del mouse y seleccionar la opción Circle del cuadro de menú. Usted verá el
dialogo de opciones de Circle.
2. Seleccionar la opción Center and Radius e ingrese un radio de 2.5, y en Number of segments
ingrese 32 y seleccione OK.
3. Usted será llevado al centro del círculo. Ingrese 0,0 en el espacio requerido, y la excavación
circular será creada.
Ahora agregar el borde externo.
Seleccione: Boundaries→ Add External.
Ingrese un factor de expansión de 5 y seleccione OK y el contorno externo será
automáticamente creado
Usted puede ahora agregar la fractura al modelo
Seleccione : Boundaries→ Add Joint.
En cualquier momento que usted seleccione Add Joint primero vera el dialogo Create Joint
(crear fractura ) , esto permite definir una fractura ya sea natural o artificial , estamos
modelando una fractura natural en el macizo rocoso entonces seleccione OK en este dialogo.
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Nota:Vea el sistema de ayuda PHASE 2 help para una discusión de las fracturas naturales y
artificiales ya que estan definidas en el PHASE 2 .
Ahora ingrese las siguientes coordenadas que definen la fractura
Ingresar Vértice ( t=tabla, i=circulo, esc=cancelar ) : -30 , 3.5Ingresar Vértice (…): 30 3.5
Ingrese Vértice ( enter = hecho , esc = cancelar) : presione Enter
La fractura ha sido ahora agregada al modelo. Note que la condición final de fractura cerrada
está indicada por el icono de un circulo con un triangulo dentro a ambos finales de la fractura.
Note que los dos puntos que definen las fracturas fueron en realidad ingresados justo fuera del
contorno externo y el programa PHASE 2 automáticamente intercepto los contornos y agrego
nuevos vértices , esta capacidad del PHASE 2 es muy útil por ejemplo cuando:
• El usuario no sabe la intersección exacta de dos líneas la intersección automática, el PHASE 2 le
ahorra al usuario el problema de tener que calcular tales intersecciones o cuando.
• Nuevos vértices son requeridos en localizaciones conocidas, estas pueden ser creadas
automáticamente en vez de manualmente con la opción Add Vértices.
Nota:Usted puede haber ingresado (-27.5 3.5 y 27.5 3.5) en los comandos anteriores, por ejemplo
los puntos exactamente en el contorno externo y llegar al mismo resultado, sin embargo para
estar seguros ingresamos los puntos ligeramente más allá del contorno para asegurar que la
intersección entre el nuevo contorno ingresado de la fractura y el contorno existente externo
todos los contornos ahora han sido ingresados de modo que podamos proseguir con el modelo
de generación de malla.
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Todos los bordes han sido ahora ingresados, ahora podemos continuar con el mallado del
modelo.
Generación de Malla
Ahora procedamos a generar la malla de elementos finitos, primero adecuemos el numero de
nodos de excavación Mesh Setup o generación de malla
Seleccione: Mesh→ Setup
En el dialogo Mesh Setup, ingrese el numero de nodos de excavación igual a 64 seleccione OK
Ahora discretice los contornos.
Seleccione: Mesh→ Discretise
Esto automáticamente discretizara todos los contornos del modelo, las formas de discretizacion
del marco para la malla de elemento finito, note el resumen de la discretizacion mostrada en la
barra de estado indicando el numero de discretizacion para cada tipo de contorno.
Discretizaciones: excavación = 64, externa = 112, fractura = 75
Note que el numero de discretizaciones de excavación es igual a 64 lo cual es exactamente lo
que ingresamos en el dialogo Mesh Setup y eso dos veces el numero de segmento de líneaingresados para la excavación circular por lo tanto cada segmento de línea de la excavación
tendrá dos elementos finitos sobre él cuando se genere la malla, ahora seleccione la opción
Mesh dentro del menú Mesh para generar la malla de elementos finitos,
Seleccione: Mesh→Mesh
LA malla de elementos finitos se ha generado sin ninguna intervención adicional del usuario,
cuando se termine la barra de estado indicara el número de elementos y nodos en la malla
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Elementos = 3256 , nodos = 1761
Si usted ha seguido los pasos correctamente hasta ahora usted debería obtener exactamente el
mismo número de nodos y elementos como se indica arriba.
Condiciones del ContornoPara este tutorial, no se necesitan condiciones de contorno especificadas por el usuario, por lo
tanto la condición de contorno por defecto estará en uso la cual es una condición arreglada (por
ejemplo 0) para el contorno externo.
Campo de EsfuerzoEstaremos usando el campo de esfuerzo por defecto para este modelo con un campo de esfuerzo
hidrostático constante con sigma 1 igual a sigma 3 igual a sigma z = 10 MPa, por lo tanto
usted no tiene que ingresar ningún parámetro de campo de esfuerzo los valores que queremos
ya están en efecto.
PropiedadesLas propiedades del macizo rocoso y la fractura deben ahora ser ingresadas
Seleccione: Properties→ Define Materials
Con el primer comando seleccionado en el dialogo Define Materials Properties , ingrese las
propiedades arriba mencionadas (solo un radio de Poisson de 0.25 se ingresara , todas las otras propiedades deberían tener los valores correctos) seleccione OK.
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Usted ya ha definido las propiedades del macizo rocoso ahora haga lo mismo para las
propiedades de la fractura.
Seleccione: Properties→ Define Joints
Con el primer comando seleccionado en el dialogo Define Joints Properties o defina
propiedades de la fractura ingrese las propiedades arriba mencionadas.Nota:Desactive initial joint deformation o deformacion de fractura inicial borrandola del recuadro
Usted ahora ha definido todas las propiedades requeridas para el modelo ya que usted ha
ingresado el macizo rocoso y las propiedades de la fractura con el primer comando
seleccionado en el dialogo Define Properties, usted no tiene que asignar estas propiedades a su
modelo . El programa PHASE 2 automáticamente asigna las propiedades de material 1 y
fractura 1 para usted
Sin embargo, todavía tenemos que usar el dialogo Assign Properties para excavar el material
dentro de la excavación circular
Seleccione: Properties→ Assign Properties.
Aplicaciones del botón derecho para asignaciones_______________________________La asignación de propiedades y excavaciones puede ser fácilmente hecha con el uso adecuado
del botón derecho del mouse, la cual demostraremos ahora.
1. Click derecho del mouse dentro de la excavación circular.
2. En el cuadro de opciones, ir al sub menú de asignamiento de materiales, y
seleccionar la opción Excavate.
Está hecho. La excavación ha sido excavada en 2 pasos rapidos, usando la aplicación del click
derecho.
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
TIP: cuando usted tiene varias propiedades para asignar y excavaciones, es más fácil usar el
cuadro de asignación de propiedades para cargar los datos. Como sea, cuando usted necesite
solo hacer uno o dos de estos, o modificar los existentes, la aplicación del botón derecho es
muy conveniente y muchas veces más fácil de hacer.
Usted ahora ha completado el modelamiento para este tutorial, su modelo debe aparecer comose muestra abajo.
Figura 5.1 : Modelo terminado tutor de fractura PHASE 2
Computar
Antes que analice su modelo grábelo en un archivo llamado joint.fez
Seeccione : File→ Save
Use el dialogo Save As para grabar el archivo, usted ahora está listo para correr el análisis.
Seleccione: File→ Compute
El programa PHASE 2 COMPUTE procederá a correr el análisis. Cuando se complete usted
estará listo para visualizarlo en INTERPRETE
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Interpretar
Para visualizar los resultados del análisis
Seleccione: Analysis→
Interpret
Esto iniciara el programa PHASE 2 INTERPRET.
Haga un zoom o un acercamiento de modo que tengamos una mejor vista de lo que esta
pasando cerca de la excavación,
Seleccione: View→ Zoom→ Zoom Excavation
Esto nos hace un acercamiento de modo que seleccionemos Zoom Out en el botón
correspondiente en la barra de herramientas Zoom tres veces para regresar a la visión original o
presione la tecla F4 tres veces
Seleccione: View→ Zoom→ Zoom Out
(Nota: Podriamos haber usado la ventana Zoom Window para lograr el mismo resultado , la
ventaja del procedimiento de arriba es que le da una visión reproducible exacta del modelo
cada vez que lo usamos.)
Observe el efecto de la fractura en los contornos de sigma 1, note la discontinuidad de los
contornos sobre y debajo de la fractura , el efecto de la fractura es desviar y concentrar el
esfuerzo en la región entre la excavación y la fractura.
Ahora visualice los contornos del factor de resistencia .
Seleccionar:
Note la discontinuidad de los contornos del factor de resistencia sobre y debajo de la fractura ,
ahora visualice los contornos de desplazamiento total.
Seleccionar:
La discontinuidad de los contornos de desplazamiento no es aparente, sin embargo si usted
experimenta con el modo de diferentes opciones de contorno, los contornos de desplazamientoserán apreciados. Esto es dejado como un ejercicio opcional.
En el dialogo Contour Options , cambie a Auto Format al estilo DOS y seleccione Done
TIP: La aparición de las marcas de contorno y su interpretación pueden cambiar
significativamente si usted usa diferentes opciones de contorno o Contour Options . El estilo de
contorno , rango y numero de intervalos , pueden afectar la interpretación de la información.
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Esfuerzos en la fracturaVeamos los elementos en la fractura. Seleccione el botón Yielded Joints o puntos tensionados
en la barra de herramientas.
Los elementos tensionados están resaltados en rojo en el modelo y el numero de elementos
tensionados es mostrado en la barra de estado.
16 elementos de la fractura tensionados
Dos zonas separadas de la tensión en la fractura pueden ser vistos a la izquierda y derecha de la
excavación. Ahora visualicemos el factor de resistencia y sigma 1 y notemos que la región de
deslizamiento de la fractura corresponde bastante a la región de la discontinuidad del contorno
arriba y debajo de la fractura.
Figure 5-2: elementos de los esfuerzos de fractura arriba de la excavación.
Recuerde que la fractura se desliza porque definimos las propiedades de fractura usamos elcriterio de deslizamiento Mohr Coulomb con un ángulo de fricción de 20° , verifiquemos
rápidamente que existen 16 elementos de puntos tensionados., haga clic derecho con el mouse y
seleccione Display Options, en el Dialogo Display Option seleccione discretizations y
seleccione Done
Ahora puede contar los elementos de fractura tensionados y hay en realidad 16, (8 en la región
izquierda tensionada y 8 en la derecha ) . Desactive la muestra de Discretizations en el dialogo
Display Options.
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Graficando la Información de la FracturaLos gráficos del esfuerzo normal, esfuerzo de corte, desplazamiento normal y desplazamiento
de corte pueden ser fácilmente obtenidos para la fractura usando la opción Graph Joint Data
Seleccione : Graph→
Graph Joint Data
Ya que solo existe una fractura en el modelo esta es automáticamente seleccionada y usted vera
en el dialogo Garph Joint Data
Solo seleccione Create Plot o crear contorno para generar un contorno de esfuerzo normal a lo
largo de la longitud de la fractura.
Figura 5-3 : El esfuerzo normal a lo largo de la fractura
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Tutorial de fractura
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Como se esperaba, existe una considerable caída en el esfuerzo normal donde la fractura pasa
sobre la excavación.
Note el número uno al final de la curva si usted regresa a la visualización del modelo usted veráun numero 1 en la fractura, esto sirve para dos propósitos:1) Si hay múltiples fracturas en su
modelo este número sirve como un número de identificación. 2)Identifica que extremo de la
fractura corresponde al final de la curva para este ejemplo no importa ya que la fractura y el
modelo son simétricos, si el modelo fuera no simétrico entonces la localización del número de
identificación sería importante.
Ahora repita el procedimiento anterior para crear un grafico del esfuerzo de corte a lo largo de
la fractura (en el dialogo Graph Joint Data o información grafica de la fractura. seleccione data
to plot assir stress y seleccione Create Plot).
Figura 5.4 : Esfuerzo de corte a lo largo de la fractura
Note la inmersión del esfuerzo de corte sobre la excavación, es el sentido del deslizamiento el
cual produce el desplazamiento interno de la roca sobre la parte inferior del plano de debilidad.
Se deja como un ejercicio opcional crear gráficos de desplazamiento normal y desplazamientos
de corte para la fractura y verificar que la forma de los gráficos corresponden a los contornos
del esfuerzo de corte normales los desplazamientos normales y de corte para la fractura se
refieren al movimiento relativo de los nodos sobre lo lados opuestos de la fractura.
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Tutorial de fractura
Phase2 v.6.0 Manual del tutorial
Ejercicio adicional
Angulo de fricción crítica para deslizamientos
Los cálculos en Brady and Brown indican que si el ángulo de fricción para el plano dedebilidad excede los 24° no se predice un deslizamiento en el plano y la distribucion del
esfuerzo elástico puede ser mantenida. Como un ejercicio corra el análisis usando ángulos de
fricción para la fractura de 20° a 24 ° y luego use la opción Yielded Joint o fracturas
tensionadas (como se describe arriba) para chequear el deslizamiento sobre la fractura. Usted
debería ver los siguientes resultados
Angulo de fricción para la fractura Nº de elementos de fract. Tensionados
16
12
94
0
Cuadro 5.1 : Efecto del ángulo de fricción de las fracturas sobre deslizamiento de esta
El resultado de arriba confirma que el ángulo critico para el deslizamiento de la fractura en este
ejemplo es alrededor de 24°.
Referencia Para el Tutorial 5
Véalo en el libro Bbrady and Brown e.t. Mecánica de rocas para Minería Subterránea George
Allen and Unwin , Londres 1985 pag 193, 194.
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