modelación en centrífuga de muros de contención incas: fase ii

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Universidad de los Andes 1 Modelación en centrífuga de muros de contención incas: Fase II K. Moran Universidad de los Andes, Bogotá D.C., 2013 RESUMEN El mundo como lo conocemos hoy en día ha prosperado gracias a los avances desarrollados por las comunidades antiguas. Uno de los avances más importantes es la agricultura, que en el caso de la comunidad Inca, uno de los más importantes desde el punto de vista del ingenio constructivo, fue influenciado en gran medida por la construcción de excelentes elementos de retención y la estabilidad que estos presentan. Estas estructuras se han estudiado poco largo de la historia, por lo que la información sobre su comportamiento es muy limitada. Es por esta razón que en la presente investigación se busca caracterizar las propiedades mecánicas y factores de seguridad de los muros de contención de piedra seca desarrollados por la comunidad Inca utilizando modelos en máquina centrífuga. Una vez realizados los modelos y las pruebas se encontró que estos muros tienen una alta capacidad de disipación de energía, así como altas deformaciones antes de la falla. INTRODUCCIÓN El presente estudio tiene como fin realizar la continuación del trabajo realizado por Serna S. y Caicedo B. (2012) en el cual se realizó la modelación de un muro de retención de roca seca con base en un muro real perteneciente a la cultura Inca. Como primera medida es importante describir y contextualizar el marco del estudio. Para empezarse debe decir que la civilización Inca es una de las más importantes en el continente americano y en el mundo, en especial por sus desarrollos citadinos y agrónomos que hacen que la transformación de su entorno sea impresionante y que subsista aún hoy en día en lugares históricos como la ciudad de Machu Picchu. Uno de los desarrollos determinantes para el éxito de dicha cultura, en os ámbitos descritos, es el de muros de contención que funcionan de forma muy eficiente. La implementación de muros de contención con materiales de la zona (especialmente rocas secas de gran tamaño) permitió que la civilización Inca lograra extenderse en el difícil terreno de la cordillera de los Andes. El estudio de Serna y Caicedo utiliza esta base para interesarse por el estudio de los muros de contención Inca y, al igual que en el estudio presente, se considera importante el hecho de que este tipo de estructuras no han sido estudiadas de forma extensa. En dicho estudio se tiene como precedente el trabajo del profesor Vallejo, L. E. (2011) en el cual, con el trabajo final del profesor Caicedo, B. se obtuvo la conformación de un muro localizado en la ciudad de Machu Picchu, una imagen del muro se presenta a continuación.

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Page 1: Modelación en centrífuga de muros de contención incas: Fase II

Universidad de los Andes

1

Modelación en centrífuga de muros de contención incas:

Fase II

K. Moran

Universidad de los Andes, Bogotá D.C., 2013

RESUMEN

El mundo como lo conocemos hoy en día ha prosperado gracias a los avances desarrollados por las

comunidades antiguas. Uno de los avances más importantes es la agricultura, que en el caso de la

comunidad Inca, uno de los más importantes desde el punto de vista del ingenio constructivo, fue

influenciado en gran medida por la construcción de excelentes elementos de retención y la

estabilidad que estos presentan. Estas estructuras se han estudiado poco largo de la historia, por lo

que la información sobre su comportamiento es muy limitada. Es por esta razón que en la presente

investigación se busca caracterizar las propiedades mecánicas y factores de seguridad de los muros

de contención de piedra seca desarrollados por la comunidad Inca utilizando modelos en máquina

centrífuga. Una vez realizados los modelos y las pruebas se encontró que estos muros tienen una

alta capacidad de disipación de energía, así como altas deformaciones antes de la falla.

INTRODUCCIÓN

El presente estudio tiene como fin realizar la

continuación del trabajo realizado por Serna

S. y Caicedo B. (2012) en el cual se realizó la

modelación de un muro de retención de roca

seca con base en un muro real perteneciente a

la cultura Inca.

Como primera medida es importante describir

y contextualizar el marco del estudio. Para

empezarse debe decir que la civilización Inca

es una de las más importantes en el

continente americano y en el mundo, en

especial por sus desarrollos citadinos y

agrónomos que hacen que la transformación

de su entorno sea impresionante y que

subsista aún hoy en día en lugares históricos

como la ciudad de Machu Picchu. Uno de los

desarrollos determinantes para el éxito de

dicha cultura, en os ámbitos descritos, es el

de muros de contención que funcionan de

forma muy eficiente. La implementación de

muros de contención con materiales de la

zona (especialmente rocas secas de gran

tamaño) permitió que la civilización Inca

lograra extenderse en el difícil terreno de la

cordillera de los Andes.

El estudio de Serna y Caicedo utiliza esta

base para interesarse por el estudio de los

muros de contención Inca y, al igual que en el

estudio presente, se considera importante el

hecho de que este tipo de estructuras no han

sido estudiadas de forma extensa. En dicho

estudio se tiene como precedente el trabajo

del profesor Vallejo, L. E. (2011) en el cual,

con el trabajo final del profesor Caicedo, B.

se obtuvo la conformación de un muro

localizado en la ciudad de Machu Picchu, una

imagen del muro se presenta a continuación.

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Universidad de los Andes

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Ilustración 1. Fragmento de muro de retención Inca, base para la modelación.

Con base en este muro Vallejo y Caicedo

modelaron piezas individuales de cada una de

las rocas que lo conforman, creando la base

esencial del estudio de Serna y del presente.

Con el fin de describir el comportamiento del

muro de contención se realizan modelos con

las piezas creadas y se prueban en máquina

centrífuga. Esto hace posible que las

condiciones reales del muro sean

reproducibles en laboratorio bajo condiciones

controladas y en las cuales los fundamentos

teóricos básicos pueden ser considerados sin

ningún problema.

Otra de las guías importantes para el estudio

es el proyecto llevado a cabo por Mundell et

al. (2010), del cual se obtuvo la forma en la

cual es más favorable construir el modelo y

una vez construido la forma correcta de

realizar el ensayo. Estas determinaciones

serán presentadas más adelante en el proceso

constructivo y el procedimiento.

Es importante mencionar que se decide

extender la investigación a la etapa descrita

en el informe actual con el fin de recolectar

resultados más significativos a partir de dos

ensayos sobre modelos de muros de

contención Inca.

FUDAMENTO TEÓRICO

Es importante saber que debido a las

condiciones de los ensayos realizados se

puede hacer el análisis por medio de la teoría

de Rankine. El uso de piezas pequeñas y de

espacios controlados permite hacer

simplificaciones importantes que recaen en el

uso de la teoría ya mencionada. La teoría de

Rankine permite tener resultados de empuje

pasivo y activo de acuerdo con las

expresiones denotadas a continuación:

En las ecuaciones presentadas σ’h

corresponde al esfuerzo efectivo horizontal,

σ’v es el esfuerzo efectivo vertical, se

refiere al ángulo de fricción, K0 es el

coeficiente de presión en reposo, Ka el

coeficiente de presión activo y Kp el

coeficiente de presión pasivo.

Como una condición adicional para el análisis

simplificado realizado se tiene en cuenta,

como suposición, que la cara de contacto del

muro con el suelo es completamente vertical

y no se encuentra en fricción con la interfaz

de suelo presente, esta suposición es

planteado por Azizi, F. (2000).

Como base teórica es importante mencionar

también qué se entiende por un muro de

contención de roca seca. Según Mundell et al.

“un muro de roca seca es una estructura no

cementada usada como método de retención o

de lindero que usa la acomodación de sus

piezas y la fricción para mantener su

estabilidad, además de tener como

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Universidad de los Andes

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mecanismo para vender el volcamiento el

peso propio.

Finalmente, es de carácter relevante

mencionar algunas de las escalas utilizadas en

el modelo con el fin de generar un panorama

claro a la luz de los resultados que se verán

más adelante. Teniendo en cuenta que la

modelación en centrífuga aumenta la

aceleración sobre el modelo se puede decir

que las condiciones naturales del mismo son

afectadas, y, dependiendo de la medición a

realizar, este cambio en las condiciones dado

por el aumento de las gravedades

aumentadas, afectará en diferente medida.

Para tener un panorama claro de las

equivalencias entre modelo y prototipo se

presenta la siguiente tabla:

Propiedad Factor de escala (m:p)

Aceleración 1/N

Distancia N

Tiempo N2

Esfuerzo 1

Masa 1 Tabla 1. Factores de escala utilizados en la modelación.

En la tabla presentada el factor de

multiplicación N se refiere a la aceleración

gravitatoria a la cual es sometido el modelo,

para el presente proyecto el factor de escala

es 15 (ensayos a 15 g).

PROCEDIMIENTO

Diseño

El diseño preliminar para el ensayo es

generado por el profesor Vallejo. En este

modelo se presentan distintas terrazas Incas

sostenidas por medio de los muros de

contención, un de estas unidades es la base de

los modelos del presente ensayo, este diseño

preliminar se muestra a continuación:

Ilustración 2. Diseño preliminar del modelo a realizar.

En este modelo se aprecia que existen varios

estratos de suelo retenido por medio del

muro, para los ensayos realizados las capas

bajas mostradas fueron reemplazadas por

arena fina de río y la capa superior por medio

de suelo orgánico, estos materiales recrean de

forma aceptable las condiciones de retención

del muro prototipo. De lo anterior se obtiene

el diseño final a reproducir, indicado en la

siguiente figura:

Ilustración 3. Diseño final del modelo.

Respetando la ley de escala presentada

anteriormente, las dimensiones en la

representación corresponden a una escala de

1:15.

Una vez escogido el diseño final se escogió la

instrumentación adecuada para llevar a cabo

los ensayos. Se utilizaron 4 celdas de carga.

Dos en sentido vertical debajo del muro con

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Universidad de los Andes

4

el fin de medir la carga soportada por el

muro, una en sentido horizontal para medir la

componente horizontal de la fuerza

experimentada por el muro, en caso de existir,

y una última en el tope del modelo midiendo

la carga sobreimpuesta por el actuador. El

actuador consiste de un brazo mecánico

manejado por controles electrónicos que, para

efectos de los ensayos, aplicó una carga a

velocidad constante de 0.5mm/s.

El posicionamiento de los materiales y de las

celdas de carga es descrito con mayor detalle

en posteriores secciones.

Como parte final del diseño se debe decir que

las piezas de las cuales se conforma el muro

fueron realizadas a partir de un modelo digital

del muro prototipo mostrado en la Ilustración

1. Para lograr el espesor de muro deseado fue

necesario unir 13 piezas de cada una de las

formas concebidas.

Materiales y componentes

Para la construcción del muro el material

utilizado es cemento blanco, cada una de las

piezas tiene un espesor de 4mm, se tiene un

ángulo de fricción interno de 30° y un peso

unitario de 30kN/m3. Adicionalmente para la

construcción del modelo fue necesario el uso

de pegantes epóxicos, que para

consideraciones definitivas no tienen efectos

sobre el modelo y por esta razón no se

describen sus propiedades.

El material de relleno, como se mencionó

anteriormente, consta de dos interfaces. La

primera que corresponde a 2/3 del espesor

total de la capa de suelo simulada que

consiste en arena fina de río con un peso

específico de 21 kN/m3 y un ángulo de

fricción de 40°. La segunda capa, superficial,

consiste en 1/3 del espesor total y se compone

suelo orgánico, para este material no se

considera el ángulo de fricción y tiene un

peso específico de 7.6 kN/m3.

Adicionalmente se utilizaron 6 bloques de

madera para generar los límites de espacio

adecuados para el modelo, 4 celdas de carga

ya mencionadas, 1 actuador, una cámara

digital, una caja apropiada para el modelo y

40 canicas, estas últimas destinadas a permitir

el libre desplazamiento del muro sobre la

plataforma sobre la cual se encuentra, en caso

de presentarse.

Construcción

La construcción se basó en la Ilustración 1.

Sin embargo, no es una copia fiel de este

muro, esto por dos razones. La primera es que

la fotografía muestra únicamente una porción

visible del muro de contención, la porción no

visible está bajo el terreno y no es posible

determinar su estructura real y la segunda es

que se presume que la civilización Inca no

diseñaba sus muros pieza a pieza sino que en

vez de eso se valían de su experiencia para

poner cada una en su lugar de acuerdo con el

peso y la forma.

La etapa definitiva de construcción puede

verse en los siguientes pasos:

Bloques de madera

Los bloques de madera permiten el correcto

acople de las demás piezas.

Ilustración 4. Posicionamiento de bloques de madera en el modelo.

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Instalación de celdas verticales

Las celdas verticales son las encargadas de

medir la carga que llega la base del muro.

Ilustración 5. Posición de las celdas de caga verticales bajo el muro.

Base móvil del muro

Poner esta base hace que se elimine el

análisis de desplazamiento en la base del

muro y se concentre la investigación sobre el

desplazamiento relativo del muro, su

resistencia ante carga y momento.

Ilustración 6. Posición de la base móvil por medio de canicas.

Construcción del muro

La construcción del muro se hizo pieza a

pieza hasta llegar a utilizar las 104 unidades

realizadas, esto brinda una altura adecuada

para la relación de escalas utilizada.

Ilustración 7. Proceso de construcción del muro sin cementar.

Posicionamiento de celda horizontal

La celda horizontal permite la medición de la

componente horizontal de la fuerza en la base

del muro en caso de presentarse.

Ilustración 8. Celda horizontal utilizada en contacto con la base móvil.

Posicionamiento del suelo de relleno

Como se mencionó hay 2/3 del espesor total

correspondiente a arena fina y el tercio

restante corresponde a suelo orgánico.

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Ilustración 9. Conformación de los estratos de suelo en el modelo.

Instalación de medidores de

deformación

Las mediciones que realiza el defomímetro en

el suelo son directas. Las deformaciones

medidas sobre el muro tienen un sistema que

actúa en paralelo haciendo que pistones de

cobre conectados al muro su muevan al

tiempo con él y empujen una platina de

acrílico, activando los deformímetros y

generando la medición adecuada. Se decidió

realizar la medición de esta forma por la

limitación de los equipos existentes para la

medición y la protección de los mismos y del

muro ante una exposición a altas

aceleraciones.

Posicionamiento de la sobrecarga

La sobrecarga consta de una serie de platinas

y la celda de carga. Para el caso del primer

ensayo la masa de la sobrecarga fue de 3336

gr mientras que para el segundo de 3496 gr.

Adicionalmente se tiene el sistema del

actuador, encargado de aumentar

gradualmente la carga sobre la estructura.

Ilustración 10. Actuador por medio del cual se aplicó carga constante.

Pruebas en máquina centrífuga

Cada uno de los dos ensayos se realizó en 3

etapas:

La primera consiste en una prueba

del modelo a 15g sin alguna

sobrecarga.

La segunda consiste en posicionar la

sobrecarga de las platinas y la celda.

Considerando la ley de escala la

sobre carga en un vuelo a 15g es de

50.04 kg mientras que el otro es de

55.41 kg.

E la última etapa se inicia la tarea del

actuador, dejando que aplique fuerza

constante a una velocidad de

0.5mm/s. Esta etapa termina bajo dos

condiciones: la falla del muro o el

tope de desplazamiento del brazo

mecánico del actuador.

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Universidad de los Andes

7

RESULTADOS

Aunque se realizaron dos ensayos en el

presente proyecto se presentarán únicamente

los resultados consolidados significativos con

el fin de generar claridad. Es decir que no

necesariamente se presentarán resultados de

los dos ensayos.

Como primer resultado se tiene que, como es

de esperarse, las lecturas de las celdas de

carga vertical y la celda horizontal son cero

en la etapa 1, esto debido a que no existe

ninguna fuerza que pueda terminar como una

resultante en la base del muro.

En las siguientes dos gráficas se muestran los

resultados de las lecturas de las celdas de

carga verticales y horizontal para las etapas 2

y 3 para el vuelo1 y 2 respectivamente.

Una vez se tiene la información de estas

celdas se puede presentar la de la celda 4,

ubicada en la parte superior, encargada de

medir la sobrecarga. Nuevamente, los

resultados corresponden al vuelo 1 y vuelo 2

respectivamente.

Con respecto a las deformaciones medidas, en

la etapa 1 no se obtuvieron resultados

favorables. Nuevamente, este resultado se

esperaba, debido a que en esta etapa la carga

sobre el muro es muy baja con respecto a su

rigidez (demostrado con la nula lectura de

carga por parte de las celdas) por lo tanto la

Gráfica 1. Lectura de carga en celdas verticales y celda horizontal, vuelo 1.

Gráfica 2. Lectura de carga en celdas verticales y celda horizontal, vuelo 2.

Gráfica 3. Lectura de celda de carga superior, vuelo 1.

Gráfica 4. Lectura de celda de carga superior, vuelo 2.

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deformación sobre el mismo será muy baja o

cero.

En la gráfica siguiente se pueden ver las

deformaciones medidas durante el primer

ensayo. Las deformaciones encontradas

durante la segunda prueba no son incluidas

debido a que sus lecturas no son confiables.

El último de los resultados numéricos es el

del momento de volcamiento sufrido por el

muro, a continuación se muestran dichos

resultados para el ensayo 1 y el ensayo 2

respectivamente.

Se puede ver que el momento que se aplica

sobre el muro es relativamente bajo y tiene

una tendencia clara a aumentar con el tiempo,

esto se debe al desplazamiento angular del

muro que crea diferencias en el brazo de

aplicación de las fuerzas.

Como análisis adicional se presenta la

comparación entre la imagen final y la

imagen inicial de uno de los ensayos para

poder observar los desplazamientos laterales

y angulares sufridos por el muro.

Gráfica 8. Análisis de imagen – desplazamiento lateral y angular.

Gráfica 5. Deformaciones diferentes puntos de medición, vuelo 1.

Gráfica 6. Momento de volcamiento actuando sobre el muro, vuelo 1.

Gráfica 7. Momento de volcamiento actuando sobre el muro, vuelo 2.

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9

En la gráfica se muestra en color amarillo la

deformación mínima sufrida por el muro, esto

en términos de desplazamiento lateral de las

piezas inferiores. Este desplazamiento es de

1.1 cm en el modelo. En color rojo se

encuentra el desplazamiento máximo que

para el caso del modelo es de 1.87 cm. Por

último, se muestra el ángulo barrido por el

muro que corresponde a 6°.

ANÁLISIS

Como puede verse en las Gráficas 1 y 2 la

lectura de carga de las celdas verticales tiende

a ser creciente en el tiempo, lo cual indica

que el suelo incide directamente en la carga

trasmitida al muro haciendo que el paso de la

carga aplicada a la base del mismo sea

efectivo. Como era de esperarse en la primera

etapa de la prueba la medición de carga por

parte de las celdas es cero o cercana a ese

valor, esto quiere decir que ante cargas de

servicio el muro funciona de muy buena

forma realizando su labor de retención sin

sufrir cambios considerables.

De las mismas gráficas puede verse que el

comportamiento de la medición de la celda

horizontal es un poco más complejo de

analizar. El comportamiento de esta medición

se atribuye a la libertad del muro (teniendo en

cuenta que se encuentra en un espacio

confinado) para los desplazamientos laterales

por la acción de la base con canicas, esto

implica que en algunos momentos del ensayo

el muro se desplace en la dirección en la cual

la medición es positiva mientras que en otros

momentos lo haga en el sentido contrario. Sin

embargo, si se piensa como un proceso

continuo en el tiempo, las mediciones

corresponden a un proceso de deformación

incremental que, por las condiciones

controladas del ensayo, son menores que las

mediciones de las celdas verticales. Esto

indica, nuevamente, que la transmisión de

carga desde el peso propio, el suelo y la

sobrecarga se hace de manera efectiva hasta

la base del muro y hace pensar que es

necesario recrear el ensayo en condiciones en

las cuales la medición de carga lateral sea

hecha como objetivo del mismo.

En las gráficas 3 y 4 se puede ver la lectura

de la celda de carga medida directamente

sobre el actuador. Se presentan diferencias en

la medición entre el ensayo 1 y el 2 debido a

dos razones principales: la primera es que la

masa del sobrepeso para los dos ensayos fue

distinto, como fue mencionado anteriormente,

esto afecta la medición neta de la carga sobre

el modelo; la segunda es que para el ensayo 2

se utilizó una capa de suelo orgánico de un

espesor mayor, esto con el fin de obtener

lecturas en tiempos menores que en el ensayo

1 debido a que el actuador tenía un menor

recorrido hasta la celda de carga. Esta última

condición puede verse en diferentes

resultados en los cuales en el ensayo 2 se

obtienen resultados para tiempos menores que

en el ensayo 1.

En la gráfica 5 se presentan las

deformaciones en diferentes puntos del

modelo. El deformímetro 1 fue ubicado

directamente sobre el suelo, esto explica el

porqué de las mediciones poco consistentes.

El suelo orgánico fue inducido a una

compresión rápida que, en combinación con

el tamaño grande de sus partículas, generar

que la reacción ante la carga sea variable en

cada momento.

Como contraposición a este hecho, las

medidas de todos los deformímetros sobre el

muro (todos los restantes) tienen lecturas

acorde con lo esperado. Todos tiene

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10

deformaciones cero o cercanas a cero en la

etapa 1, en la cual el muro no sufre cambios.

A partir de la etapa 2 y durante la etapa 3 se

generan deformaciones crecientes en el

tiempo.

A pesar de los buenos resultados observados,

parece confuso el comportamiento observado

en el deformímetro 3 debido a que este se

encontraba en la parte superior del muro, por

lo que era de esperarse que la mayor

deformación se leyera en ese punto, hecho

confirmado por el análisis de imagen

presentado. La sub-medición de este

dispositivo puede estar atribuida a su

calibración, el punto inicial de medición o

inconvenientes durante el ensayo. Se toma

como un caso aislado debido a que todos los

demás medidores en funcionamiento

presentaron resultados según lo esperado.

En cuanto a los momentos volcantes puede

decirse que los valores encontrados son muy

bajos, esto es explicado por 3 condiciones

principales. La primera es que el brazo de

aplicación de la carga medido desde la base

(o en la base) del muro fue bastante constante

a lo largo de los ensayos, esto genera un

equilibrio en las fuerzas de aplicación

(medidas por las celdas) lo que genera un

momento par cerca al equilibrio; la segunda

corresponde a la estabilidad generada por el

muro, cumpliendo su función por gravedad y

peso propio evitando desplazamientos

importantes; y la última, la fricción generada

entre el muro y el suelo disipa energía que

podría ser significativa para la medición de

un momento mayor, lo que indica otra de las

ventajas de este tipo de muro: su material.

El análisis de los momentos puede

simplificarse por medio de los siguientes

esquemas:

Esquema 1. Aplicación de las fuerzas sobre el muro.

En este esquema puede verse cómo llegan

las fuerzas al muro, o mejor, cómo son

medidas y por lo tanto en dónde se tienen

registros de las mismas.

A partir de una simplificación de los

componentes del esquema presentado se

puede tener lo siguiente:

Esquema 2. Simplificación de fuerzas y reacciones.

De esta forma puede verse que las fuerzas

medidas implican una reacción en fuerza y

una reacción en momento.

La reacción encontrada es:

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11

Adicionalmente, se debe conocer la distancia

a la cual se encuentra dicha reacción, debido

a que, por la naturaleza del ensayo, esta

distancia es o podría ser variable. Si se toma

un valor “D” como la distancia entre F1 y F2 y

“Xr” como la distancia entre F1 y R y se

realiza una sumatoria de momentos en el

punto de medición de F1 se tiene:

Esto implica que:

Y teniendo esta expresión se deduce que:

Con esto se comprueba que el punto en el

cual se encuentra la reacción es variable

porque en las mediciones presentadas

anteriormente se puede ver que la medición

de las fuerzas F1 y F2 cambian en el tiempo.

Con esta información puede saberse también

la reacción de momento con la cual se

trabajó en los resultados, pero esta vez

haciendo una sumatoria de momentos global

del sistema, el planteamiento del equilibrio

del sistema implica lo siguiente:

Donde M es la reacción de momento de la

cual se realizaron las gráficas

correspondientes.

Nuevamente, esta es la razón por la cual las

mediciones del momento son variables en el

tiempo.

Es importante tener en cuenta los valores

encontrados durante el ensayo de este

momento (reacción) ya que de esto depende

en gran medida el comportamiento del

muro. A continuación se presentan los

promedios encontrados para tener una idea

más cara de lo que sucede en los ensayos.

Ensayo Xr (m) M (kg-m)

Vuelo 1 0.044 0.549

Vuelo 2 0.026 0.417

Por las características del ensayo, el valor de

“D” siempre se mantiene igual con un valor

de 6.5 cm; en los dos ensayos las celdas

tienen una separación de este valor.

Si se tiene en cuenta este valor constante

entre las celdas se puede ver que, la distancia

de aplicación de la reacción no difiere tanto

entre un ensayo y el otro. En uno de los

ensayos corresponde a 4 cm y en el otro, si se

mira desde el segundo punto de aplicación

corresponde a 6.5cm-2.6cm (3.9cm); es por

esta razón que los valores promedio de

momento aplicados son muy similares entre

los ensayos.

Cabe aclarar que los brazos de aplicación

para el prototipo corresponden a 66cm y 39

cm para el ensayo 1 y el 2 respectivamente;

siendo que la separación entre los puntos de

medición corresponde a 98cm se crea una

excentricidad en las mediciones que afecta la

estabilidad del muro, lo que puede aportar a

su comportamiento durante los ensayos.

Además del análisis de momento es

pertinente mostrar el análisis de los empujes

sobre el muro. Aunque la medición de cargas

da una buena noción de lo que sucede con el

sistema se presenta a continuación una tabla

que referencia las condiciones a las cuales se

encuentra sometido el mismo:

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Universidad de los Andes

12

Debido a la ley de escala, los esfuerzos sobre

el prototipo serían iguales, aunque las

dimensiones de los estratos sí deben variar.

Por último se tiene el análisis de imagen, del

cual puede decirse que los desplazamientos

en el muro son bajos y son provocados por la

conformación misma de las piezas. A partir

del análisis de imagen puede verse que en las

zonas bajas el muro tiende a desplazarse poco

mientras que en las zonas altas tiene una

deformación mayor, esto está dado por la

condición no cementada del muro de

contención que genera desplazamientos

relativos altos con referencia a cada una de

sus piezas. Hay que tener en cuenta, sin

embargo, dos factores que no han sido

mencionados. El primero es que al

transformar los desplazamientos encontrados

en el modelo al prototipo se tiene un

desplazamiento mínimo de 16.5 cm y uno

máximo de 28.05 cm; para una estructura de

este tipo estas deformaciones son altas y

generarían su falla. Pero, el segundo factor a

mencionar es que, como puede verse en el

diseño preliminar del modelo, el muro se

encuentra enterrado, esto quiere decir que

parte de su conformación está siendo ayudada

en la tarea de retención por suelo en la parta

baja del muro, esto hace que los

desplazamientos presentados sean de menor

importancia y que se piense que estos son

controlados por el empuje que genera el suelo

en la parte posterior del muro (condición no

modelada en el ensayo).

CONCLUSIONES

El comportamiento del muro fue

según lo esperado. La disipación de

energía por distintos mecanismos le

provee una estabilidad alta ante

cargas y momentos volcantes.

Las estructuras de retención Incas

estudiadas son de una alta eficiencia

y demuestran los avances técnicos en

cuestión de ingeniería por parte de

esta civilización.

Los muros ensayados alcanzan

deformaciones altas antes de la falla,

lo que implica que, a pesar de su alta

rigidez, tienen un componente

flexible que se atribuye a la

distribución de cada una de las piezas

que los componen.

Las pruebas en máquina centrífuga

son bastante adecuadas para aportar

al conocimiento realizando ensayos

bajo condiciones controladas.

Es recomendable para futuras

investigaciones que se tome en

cuenta desde el inicio la medición de

desplazamiento (FS al

desplazamiento) del muro ya que se

vio que este tiene un componente

flexible que permite su movilidad.

La excentricidad creada entre el

punto de aplicación de la carga y el

punto donde se presenta la reacción a

las mediciones de la misma crean un

momento de volcamiento que afecta

la estabilidad del muro e influye

plenamente en su comportamiento.

Se recomienda además utilizar

materiales propios de la zona in-situ

Tabla 2. Valores de esfuerzos para modelo y prototipo.

Page 13: Modelación en centrífuga de muros de contención incas: Fase II

Universidad de los Andes

13

del muro de tal forma que esto no sea

un factor de error en las mediciones.

Se recomienda adicionalmente

reproducir en futuras pruebas una

condición importante para la

estabilidad del muro que es la

presencia de suelo en la parte frontal

del mismo, y no solo analizar la carga

por retención a la que se encuentra

sometido.

AGRADECMIENTOS

De parte del investigador y del proyecto se

agradece de forma especial a la universidad

de los Andes y el Departamento de Ingeniería

Civil y Ambiental por la disposición de cara a

la presente investigación por el personal, los

espacios y materiales brindados para el

correcto desarrollo del mismo. De igual

forma al profesor Bernardo Caicedo Hormaza

por la introducción a un tema muy interesante

y por los conocimientos transmitidos durante

el periodo de trabajo.

REFERENCIAS

Serna, S (2012). Centrifuge modeling

of Inca drystone retaining wall.

Universidad de los Andes, Bogotá.

ICIV 2012-10-54.

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