Modelagem do comportamento e fraturamento de rochas em compressão triaxial usando modelo de mecanismo de dano

Abstract

Um dos principais tópicos de pesquisa em mecânica de materiais tem que ver com o entendimento do processo de geração, crescimento e coalescência das fraturas no interior de um material submetido a diferentes perturbações externas, destacando-se o carregamento mecânico, as variações térmicas e as reações químicas. Com este objetivo em mente têm sido desenvolvidos vários modelos que tentam explicar o fenómeno de degradação e ruptura dos materiais a partir da teoria da Mecânica do Dano Contínuo (MDC), a qual permite representar a danificação do material a traves de uma variável interna de dano, que pode ser de tipo escalar, vectorial ou tensorial. Com base nesta teoria foi formulado o modelo fenomenológico de Mecanismo de Dano desenvolvido por Hooputra et al. no 2004 para materiais metálicos, que usa uma variável escalar de dano, sendo a ideia principal deste trabalho aplicar-lhe à modelagem do processo de ruptura das rochas submetidas a estados de carregamento de compressão uniaxial e triaxial, usando o programa ABAQUS®. Com o objetivo de definir o alcance do modelo de dano, foram simulados vários ensaios tentando reproduzir o comportamento de dois tipos de rochas: um Arenito e um Granito, analisando duas incógnitas principais, a primeira é o nível de tensão a partir do qual inicia o dano, sendo avaliada a tensão de dano por fraturas e a tensão pico, e a segunda abrange o critério que permite conseguir o inicio do dano, tendo igualmente duas opções, o critério cisalhante ou o dúctil. Além disso, foram analisados os efeitos de vários parâmetros do modelo nas curvas tensão-deformação e nas superfícies de ruptura conseguidas. Os resultados obtidos mostram que ambos os critérios conseguem o mesmo desempenho no ajuste do comportamento das duas rochas analisadas, não obstante, o critério dúctil precisa de um parâmetro menos. Por outra parte o ponto de inicio do dano pode ser assumido em qualquer nível de tensão prévio à resistência máxima do material, o inicio da degradação na tensão de dano por fraturas é conceitualmente mais congruente com o comportamento das rochas submetidas a estados de compressão.