Fen meno de arqueo

Fenómeno de arqueo.
En la construcción de túneles en roca alterada entran una gran variedad de formaciones, desde roca muy fragmentada, hasta roca a tal grado triturada que su comportamiento sea realmente el de una arena.
En estas rocas es típico el fenómeno de arqueo, que indica la capacidad de la roca situada sobre el techo de un túnel para transmitir la presión debida a su peso a las masascolocadas a los lados del mismo. Este efecto es en todo similar al del arqueo de arenas, y se produce como una consecuencia de la relajación de esfuerzos causada en el techo de la perforación. En la Figura siguiente se muestra esquemáticamente la masa de roca afectada por el fenómeno.

Para determinar la carga que actúa sobre el techo del túnel tomando en cuenta el efecto de arqueo puede analizarsealguna de las teorías de arqueo, o resultados de pruebas de laboratorio realizadas sobre arenas. Estas pruebas bastante representativas del comportamiento de arenas o rocas trituradas situadas sobre el nivel freático, permiten llegar a algunas conclusiones de interés práctico. La Figura muestra la masa de roca afectada por el arqueo, el peso de esa masa, que tiende a penetrar en el túnel mientrasno se construya el ademe apropiado, se transfiere en su mayor parte a las masas laterales de roca y es resistido por la fricción que se desarrolla en las superficies ac y bd. Nótese que el ancho de la zona de arqueo, B1, es mayor que el ancho del túnel. También se observa que el espesor D de la zona de arqueo es aproximadamente igual a 1.5 B; por encima de esa altura, los esfuerzos en la masa deroca permanecen prácticamente inalterados, cuando se efectúa la excavación. Basta que la roca ceda un poco en el techo del túnel, para que la carga sobre el ademe llegue a valores inclusive mucho menores que el espesor de la zona de arqueo, D.

Descripción del fenómeno.
Cuando se afloja una masa de roca o suelo firme sobre el techo de un túnel, por efecto de la excavación y del peso de la cargasobreyacente, el comportamiento de esa masa puede asimilarse al de una masa de suelo granular colocada en un silo, cuando en el fondo de éste se produce una abertura.
Este efecto puede visualizarse como sigue: supóngase una masa de suelo de gran extensión que descanse apoyada en una superficie horizontal rígida; supóngase que por alguna razón, una parte de la superficie horizontal cede un poco haciaabajo, de modo que el suelo que haya quedado sobre esa parte tienda también a descender. Al movimiento de esa parte del suelo, relativo al resto, que ha permanecido inmóvil por estar firmemente apoyado, se opondrá la resistencia al esfuerzo cortante que pueda desarrollarse entre la masa móvil y el resto del suelo estacionario. Esta resistencia tiende a mantener a la masa móvil en su posiciónoriginal y por lo tanto, a reducir la presión del suelo sobre la parte del suelo que haya cedido en la superficie de soporte. Como efecto consecuente aumentará, por el contrario, la presión que las masas estacionarias ejercen sobre las partes fijas de dicha superficie de soporte.
Tiene lugar, por lo tanto, una transferencia de presiones, de la parte de la superficie cedida a los apoyos estacionarios.Este efecto recuerda el modo de trabajar de un arco estructural y de ahí recibe el nombre de efecto de arqueo.
La consecuencia práctica del efecto anterior en elementos de soporte en que haya puntos de deformación restringida y zonas de cedencia más fácil, es una disminución de la presión en esas zonas y una concentración en aquellos puntos, de modo que resulta modificado el diagrama de presiones.El experimento que se describe a continuación permite visualizar el efecto de arqueo muy claramente (Juárez y Rico, 1987). La interpretación posterior de tal experimento permite llegar a la formulación clásica del fenómeno hecha por Terzaghi.
Considérese una balanza sobre una mesa, sobre uno de los platillos de la balanza está situado un cilindro vertical de vidrio o lucita, de modo que el...