[en] NUMERICAL ANALYSIS OF DYNAMIC FRACTURING OF THE ROCK BY THE EXPLOSION
[pt] Desmontes de maciços rochosos são geralmente executados pela perfuração da rocha,colocação de explosivos no interior dos furos e a detonação das cargas de acordo com um plano de fogo preestabelecido. A detonação gera no interior das perfurações uma elevação súbita de temperatura e um grande...
| Main Author: | |
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| Other Authors: | |
| Language: | pt |
| Published: |
MAXWELL
2002
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=2459@1 https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=2459@2 http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.2459 |
| Summary: | [pt] Desmontes de maciços rochosos são geralmente executados
pela perfuração da rocha,colocação de explosivos no
interior dos furos e a detonação das cargas de acordo com um
plano de fogo preestabelecido. A detonação gera no interior
das perfurações uma elevação súbita de temperatura e um
grande volume de gás que, devido às pequenas dimensões dos
furos, aplica altas pressões em suas paredes. Como
resultado da pressurização dos furos,ocorrem o esmagamento
e fraturamento da rocha situada nas vizinhanças e a
propagação de fortes ondas de tensão pelo interior do
maciço.O engenheiro de desmontes deve conhecer as
propriedades de resistência e de deformabilidade dos
materiais rochosos quando submetidos a carregamentos
dinâmicos e compreender a natureza das forças dinâmicas
geradas pela detonação das cargas explosivas.
Em vista da complexidade do problema real, faz-se muitas
vezes simplificações no modelo matemático de comportamento
do maciço rochoso, como a introdução das hipóteses de que a
rocha na região do desmonte é isotrópica e homogênea, o que
na grande maioria das situações é adequado para compreensão
dos mecanismos gerados pela detonação e de seus efeitos.
Neste trabalho desenvolve-se um programa computacional para
simulação do fraturamento dinâmico de um maciço rochoso,
isotrópico, homogêneo e de comportamento frágil, a partir
da explosão de um ou mais furos de detonação, pelo método
dos elementos finitos. No modelo numérico, o fraturamento
dinâmico ocorre devido à propagação das ondas
de tensão, desconsiderando-se a influência da pressão dos
gases no interior das fraturas.O software apresenta como
principais características a geração automática de malha de
elementos finitos durante o processo de fraturamento, a
integração numérica das equações de movimento no domínio do
tempo, o emprego de critérios baseados nos fatores de
intensidade de tensão para análise da propagação das
fraturas, a utilização de amortecedores viscosos nos
contornos da malha para simulação da radiação de ondas, a
imposição da impenetrabilidade entre paredes de fraturas, o
que torna o problema de natureza não- linear, etc.
Os estudos numéricos aqui apresentados analisam o
desenvolvimento de fraturas a partir da explosão em um e
dois furos de detonação, investigando aspectos como a
influência do número e da distribuição de fraturas
principais, abertura e fechamento dinâmico de
fraturas, etc., além de discutir dificuldades numéricas
relacionadas com a simulação de tão complexo fenômeno. === [en] Rock blasting are usually carried out by drilling slender
holes into a rock mass and
detonating explosive charges in their interiors. The
detonation produces a fast increase in the
temperature surrounding the holes and a huge gas expansion
that will apply high pressures on
the walls. Crushing and fracturing of the rock will occur
as a consequence of the shock waves
generated by this dynamic loading.
Blasting engineer should know the strength and deformation
characteristics of rocks
under dynamic loading in order to better understand and
estimate the effects caused by the
explosion. Rock blasting is a very complicate problem whose
simulation, to avoid
insurmountable mathematical difficulties, needs to be
developed under some simplifying
assumptions such as isotropy, linear elasticity and brittle
behavior of the material.
In this work a computational program based on the finite
element method was
developed for dynamic analyses of rock blasting. The
fracturing is considered to be primarily
caused by the stresses induced by P and SV waves. The
effects of the gas pressure inside the
fractures were neglected at the time being.
The software has the following main features: automatic generation of finite element
meshes while fracturing is still detected in the rock mass, numerical integration of the
equations of motion in the time domain, use of fracture propagation criteria based on stress
intensity factors in mixed mode I-II, consideration of silent mesh boundaries to absorb the
incident stress waves and a penalty method to enforce the impenetrability condition between
the surfaces of a same fracture, etc.
The numerical examples herein presented qualitatively indicate that the proposed
model is satisfactory for the case of dynamic fracturing of brittle rocks. They also discuss
several important aspects related to the numerical simulation, such as the number and
distribution of predominant fractures around the blasting hole, the finite element size, loss of
symmetry due to mesh configurations, etc. |
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