El “MODelling EXperiment Response to shaft (Puits) sinking” o mejor conocido como
MODEX-REP por sus siglas en inglés fue un estudio que se basó en la modelación de una
excavación de un pozo en dos dimensiones para reproducir una representación o
comportamiento lo más cercano posible a la excavación real. En este estudio se utilizaron
dos herramientas fundamentales para modelar el problema en 3 dimensiones: GiD y
Code_Bright.
El experimento REP fue un experimento a gran escala que se realizó durante la excavación
de un pozo de acceso a un laboratorio subterráneo de ANDRA en Bure, Francia. El
laboratorio se sitúa a 500m de profundidad en una capa de lutitas Callovo-Oxfordiense, una
arcilla sedimentaria rígida perteneciente a la era Mesozoica. La excavación del pozo se
realizó con explosivos por distintas fases en donde el radio promedio del pozo fue de
3.18m. Para monitorear el comportamiento del pozo se implementó una instrumentación
extensa en donde se utilizaron: 20 piezómetros, 2 extensómetros, 4 células para medir
deformaciones, 1 inclinómetro y 4 sondeos pequeños para medir la velocidad de
propagación de onda sísmica o de corte en el medio. Esta instrumentación fue colocada a
una profundidad entre 445m y 475m donde se midió la respuesta de la roca a medida
progresaba el frente de excavación. También se instalaron 2 extensómetros radiales a 467m
de profundidad una vez excavado el pozo en ese nivel y 1 extensómetro vertical en la parte
inferior del pozo para medir convergencias (Vaunat , Benoit, & Gens, 2006).
Se realizaron en paralelo con el experimento, simulaciones numéricas, en primera instancia
de predicción, y en segunda instancia de interpretación, mediante el programa de elementos
finitos Code_bright. Las simulaciones se realizaron considerando una configuración
axisimétrica y representaron el proceso de excavación con todas sus fases.
Los resultados del modelo predictivo realizado por la UPC indican que se puede lograr una
buena representación de la respuesta hidromecánica de la roca. Las magnitudes de
convergencia y de desplazamientos son parecidas a las observadas in situ, sin embargo,
había diferencias significativas al pasar del tiempo. En cuanto a las presiones de agua, estas
son más difíciles de reproducir lo cual sugiere un cambio de la permeabilidad del medio y/o
un cambio en las condiciones de contorno del modelo. Las presiones de agua
evidentemente se desarrollan a medida que avanza el frente de excavación y se reducen
gradualmente debido al drenaje hacia el pozo excavado. Esto quiere decir que en puntos
lejanos del pozo las presiones de agua cambian únicamente debido al efecto de la
excavación o descarga del terreno ya que por efectos de drenaje y tiempo no se pueden
alcanzar esas distancias. De igual manera los desplazamientos inmediatos que se observan
en la pared del pozo son debido a la excavación pero los desplazamientos al pasar el tiempo
están relacionados con el efecto de drenaje hacia el pozo.
En el modelo interpretativo se incorpora el efecto del niche de instrumentación al igual que
la permeabilidad intrínseca de un medio anisótropo (diferentes valores en la dirección
horizontal y vertical). Los resultados de este modelo no muestran muchas diferencias en las magnitudes de desplazamientos comparados con el modelo predictivo, por lo que el modelo
predictivo muestra una buena respuesta en cuanto a los desplazamientos. Por lo contrario,
la presencia del niche de instrumentación resulta en una buena representación de las
presiones de agua después de un largo periodo en reposo, al igual que los nuevos valores de
permeabilidad, que muestran una buena representación de la evolución de las presiones de
agua durante el periodo de prueba o de excavación.
Cabe recalcar que los modelos hechos en dos dimensiones muestran una buena
representación de la respuesta hidro-mecánica de la roca. Las convergencias y
desplazamientos de estos modelos nos dan una respuesta cercana a las observadas. Por otro
lado las presiones de agua son más difíciles de representar. Naturalmente, un modelo con
simetría axial no es capaz de producir una representación real de las variaciones de
presiones de agua durante el avance de la excavación debido al efecto de la anisotropía de
tensiones en el plano horizontal. Es por esto que se requiere de un análisis 3-D, presentado
en este reporte, en donde permitiría una representación más exacta incorporando
condiciones anisótropas en el plano horizontal siendo la presión de agua el factor
determinante.
Basandose en los análisis y conclusiones del estudio realizado por la UPC “MODELLING
OF REP EXPERIMENT” se hizo el mismo problema pero esta vez, un único estudio en
tres dimensiones ya que en el modelo se logra introducir el efecto de tensión anisótropa.
Este efecto resulta en variaciones de presión de agua lo cual es el factor determinante. Este
problema fue modelado considerando una formulación acoplada hidromecánica junto a un
código llamado Code_Bright, mencionado anteriormente, en donde se cumple el balance de
masas de solidos, balance de masas de agua y balance de tensiones cumpliendo con leyes
constitutivas apropiadas.
Este reporte se divide en 4 partes.
En la primera parte se explica la formulación hidromecánica junto a las leyes constitutivas
utilizadas en el código de elementos finitos. La segunda parte consiste en describir los
parámetros del material en estudio, la geometría del modelo con sus condiciones iniciales y
condiciones de contorno y el proceso de excavación o proceso constructivo del problema.
En la tercera parte se mostraran los resultados del modelo 3-D sin considerar el efecto del
niche de instrumentación y se compararan con los resultados realizados por la UPC en 2-D.
Por ultimo unas cuantas conclusiones serán presentadas. |