EFECTO DE ARQUEO DE SUELOS INTRODUCCIÓN.En me mecá cánic nica a de suel suelos os el térm términ ino o arqu arqueo eo se utili utiliza za para para desc descri ribi birr el fenómeno de transferencia de esfuerzos por la interacción de materiales con diferente rigidez, a través de la movilización de la resistencia al corte de los suelos. Este efecto es más reconocido en subterráneo estructuras, por ejemplo, conductos subterráneos. Aberturas subterráneas pueden ser construidas utilizando la acción de arqueo para dar cuenta de la reducción de la presión de sobrecarga.
DESARROLLO.Arqueo Arqueamiento puede ser mejor descrito como una transmisión de fuerzas entr entre e una una ma masa sa de rend rendimi imien ento to geom geomat ater eria iall y adyac adyacent entes es miemb miembrros estacionarios. Una redistribución de las tensiones en el cuerpo del suelo se lleva a cabo. a resiste resistencia ncia al cizallamient cizallamiento o tiende a mantener mantener la masa de rendimiento en su posición original resultando en ella un cambio de la presión en tanto la parte de apoyo del rendimiento y la contigua parte de suelo. Cizallamiento !ropiedad !ropiedad de un terreno que le permite permite resistir el desplazamient desplazamiento o entre las part"culas del mismo al ser sometido a una fuerza e#terna. $ambién $ambién llamada resistencia al corte. Estuios e e!e"to e arqueo oss estu o estudio dioss clás clásic icos os del del efect efecto o de arqu arqueo eo se %an %an real realiz izad ado o bajo bajo tres tres enfoques, que se presentan a continuación& '. $erzag%i $erzag%i (')*+ y ')*- plantea la formación de planos pl anos de falla en el suelo sobre una estructura como el resultado de asentamientos diferenciales, y se genera una reducción de la carga transmitida a dic%a estructura en función de los esfuerzos cortantes actuantes en esos planos. Este enfoque se denió como el de falla plana o plano de corte, y se usa para analizar estructuras enterradas como tuber"as, t/neles y tablestacados, como se destaca en trab trabaj ajos os post poster erio iorres a los los de $erza erzag% g%i, i, dent dentrro de los los que que se pued puede e mencionar los de 0pangler(')1-, 2e3mar4 (')+-, 5ang y 6eng (')7-, y 8and 8a ndy y (')1 (')199-.. !rue !rueba bass e#pe e#peri rime ment ntal ales es so sobr bre e mode modelo loss de mur muros de reten etenci ción ón ensa ensaya yado doss en má máqu quin ina a ce cent ntr" r"fu fuga ga rea eali liza zado doss por por $a4e a4e y :alsang4ar (;<<'- validan la metodolog"a de $erzag%i y permiten visualizar claramente el efecto de arqueo del relleno, en función del anc%o del mismo. ;. Un segundo enfoque dene un efecto estructural de un arco o anillo en un caso plano, o de un domo o una esfera en un caso espacial, formando eleme ele ment ntos os co con n ca capa paci cida dad d de tran transm smis isió ión n de ca carg rgas as entre entre el suel suelo o y la estructura, como en el caso de los trabajos de 5%itman y usc%er (')+;- y =etzler et al. (')+1 y ')7<- aplicados a tuber"as enterradas y t/neles. *. El tercer enfoque trata al suelo como un medio elástico, y %aciendo un desarrollo en términos de elementos de frontera se determina la distribución
de esfuerzos, como se menciona en los trabajos de >arrillo (')-, ?inn (')+*-, >%elapati (')+- y Abbott (')+7-, los cuales desarrollaron soluciones cerradas, posteriormente implementadas en computador, para determinar el arqueo sobre estructuras enterradas. !osteriormente, basados en los medios continuos y el desarrollo del elemento nito, se comienza a observar en la modelación el efecto de interacción de los materiales de un terraplén, como entre los respaldos de rellenos de roca, los n/cleos de arcilla, y las cimentaciones rocosas. a redistribución de esfuerzos en la masa de suelo por el efecto de esta interacción, afecta el comportamiento general del terraplén, porque dene el mecanismo de deformación as" como las zonas de concentración y relajación de esfuerzos, como se mencionará a continuación. El efecto de arqueo puede visualizarse re@e#ionando como sigue& supóngase una masa de suelo de gran e#tensión que descanse apoyada en una supercie %orizontal r"gida supóngase que, que por alguna razón, una parte de esa supercie cede un poco %acia abajo, de modo que el suelo que %aya quedado sobre esa parte tienda también a descender. Al movimiento de esa masa de suelo relativo al resto de suelo que %a quedado inmóvil, por estar rmemente apoyado, se opondrá la resistencia al esfuerzo cortante que puede desarrollarse entre la masa móvil y el resto del suelo estacionario. Esta resistencia tiende a mantener a la masa móvil en su posición original y, por lo tanto, reduce la presión del suelo sobre la parte cedida de la supercie de soporte. >omo efecto consecuente, aumentará, por el contrario, la presión que las estacionarias ejercen sobre las partes jas de la supercie de soporte.
$iene lugar, por lo tanto, una transferencia de presión, de la parte de la supercie cedida a los apoyos estacionarios y de a%" recibe el nombre de efecto de arqueo. a consecuencia práctica del efecto anterior en los elementos de soporte en que %aya puntos de deformación restringidos y zonas de cedencia más fácil, es una disminución de presión en estas zonas y concentración en aquellos puntos, de modo que, a n de cuentas, resultan modicados tanto el diagrama de distribución de presiones, como la magnitud de empuje total.
Ti#os e arqueo Bependiendo de la rigidez relativa en la masa de tierra y arqueado puede ser activa o pasiva.
a- Arqueado activo se produce cuando la estructura es más compresible que el suelo circundante.-.
Besplazamientos a presión !s cuando la estructura es más compresible que el suelo que le rodea
b- Arqueado pasivo cuando el sistema está sometido a cargas ,la tensión resultante de distribución a través de localizaciones de una misma elevación inicial (plano AA y !lano CC- es similar a la mostrada en la gura , donde las tensiones sobre la estructura son menos que los de la tierra adyacente.
Bistribución de tensiones en plano AA o CC
Teor$a e arqueamiento %Terza&'i( )*+, El efecto de arque del suelo se originó a partir de la deformación plástica no uniforme del suelo detrás de los pilares ',; y el estrés del suelo se redistribuye y se transmite. Casados en una prueba de trampa de puerta, el fenómeno de arqueo del suelo fue propuesto por primera vez por $erzag%i. Bespués de eso, la prueba de trampa de puerta %a sido discutida ampliamente utilizando métodos anal"ticos y numéricos. Duc%o trabajo se %a %ec%o para interpretar el mecanismo de interacción entre los pilotes y el suelo. Además, los pilares de estabilización fueron diseados en un plástico r"gido. Método de Terzaghi
$erzag%i supone que la tensión normal es uniforme a través de las secciones %orizontales y el coeciente de tensión lateral (F- es una constante. >o%esión (c- se supone que e#istir a lo largo de las supercies de deslizamiento. El método se ejemplicará mediante el siguiente gura&
El equilibrio vertical para el cuerpo libre en la gura es&
(Ec. *.;Bonde, ;C G anc%ura de la tira rendimiento (ab-, z G profundidad, y G !eso unitario del suelo, ov G esfuerzo vertical, H% G %orizontal estrés G Fov, F G el coeciente de esfuerzo lateral, c G co%esión, IG Jngulo de fricción. as condiciones de contorno son Hv G q (de pago- en z G <. Kesolviendo la ecuación, conduce a&
(Ec. *.;En el cual& q G recargo en la supercie del suelo as investigaciones e#perimentales sobre el estado de estrés en la arena se encuentra por encima de una tira de rendimiento %an demostrado que el efecto arqueado sólo se e#tiende a una altura de 9C. En otras palabras, en las elevaciones de más de 9C por encima de la l"nea de centro de la reducción de la tira no tiene ning/n efecto en absoluto sobre el estado de estrés en la arena. $erzag%i supone por lo tanto que la resistencia al cizallamiento de la arena era activa sólo en la parte inferior de los l"mites verticales y ae bf en la ?igura. >on este supuesto,
la parte superior del prisma del suelo (se trata como un suplemento q en la parte inferior. 0i z G 2'b es la parte del prisma, que act/a como servicio de pago, y z; G n;C es la parte del prisma con resistencia al corte en los bordes verticales, entonces la ecuación. *.; se convierte en&
>uando sustituimos& En la ecuación. *,;. >uando n; es muy grande, la vertical de estrés es& Esto signica por debajo de cierta profundidad, el esfuerzo vertical en la tira de rendimiento será una constante. imitaciones de la teor"a arqueo de $erzag%i& L L L
a vertical tensión en la supercie elástica %orizontal se supone que ser uniforme. a trampa puerta o tira de rendimiento se supone r"gida as supercies de deslizamiento asumidas no son verdaderas.
