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<article-title xml:lang="es"><![CDATA[Bases teóricas para la simulación del desgaste de los órganos de trabajo de los aperos de labranza mediante el Método de los Elementos Distintos (MED)]]></article-title>
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<abstract abstract-type="short" xml:lang="en"><p><![CDATA[The theoretical bases are established for the modelling of tillage tool wear by means of the Distinct Elements Method. These bases include the definition of the microstructural contact models between soil particles and between the tillage tool surface and soil particles, also, as novel element was included the effect of the tool-soil adhesion. Finally the effect of the temperature was analysed in the wear and the equations for the determination of the wear are formulated by adapting the Archard´s law. The results allow establishing a distinct elements model for the wear simulation of tillage tool, showing the necessity to count as primary dates the microstructural and macrostructural parameters that define the mechanical response of the soil during soil tillage.]]></p></abstract>
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</front><body><![CDATA[ <div align="right">       <p><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><B>PUNTOS DE VISTA</B></font></p>       <p>&nbsp;</p> </div> <B>     <P>      <P>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="4">Bases teóricas para la simulación del desgaste  de los órganos de trabajo de los aperos de labranza mediante el Método de los Elementos Distintos  (MED)</font>     <P>&nbsp;      <P>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="3">Theoretical basis for wear simulation of tillage tools  by means of Distinct Elements Method  (DEM) </font>      <P>&nbsp;     ]]></body>
<body><![CDATA[<P>&nbsp; </B>     <P>      <P>      <P><b><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">M.Sc. Ángel    Lázaro Sánchez Iznaga<sup>I</sup>, Dr.C. Miguel Herrera Suárez<sup>II</sup>,    Dr.C. Carlos Alberto Recarey Morfa<sup>II</sup>, Dr.C. Ciro Iglesias Coronel<sup>III</sup>    </font></b><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"> </font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><sup>I</sup> Universidad    de Cienfuegos, Cienfuegos, Cuba.     <br>   <sup>II</sup> Universidad Central de Las Villas, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.        <br>   <sup>III</sup> Universidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque,    Cuba. </font>      <P>&nbsp;     <P>&nbsp; <hr>     <P>      ]]></body>
<body><![CDATA[<P>      <P> <font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><B>RESUMEN </B></font>      <p><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">En el presente trabajo se establecen las bases teóricas para la modelación del desgaste de los órganos de trabajo de los aperos de labranza mediante el Método de los Elementos Distintos. Estas bases incluyen la definición de los modelos de contacto microestructural entre las partículas de suelo y entre el suelo y la herramienta de labranza, además, como elemento novedoso se incluye el efecto de la adhesión suelo-herramienta de labranza. Finalmente se analizan los efectos de la temperatura en el desgaste y se formulan las ecuaciones para la determinación del desgaste adaptando la ley de Archard. Los resultados permiten establecer un modelo de elementos distintos para la simulación del desgaste de los órganos de trabajos de los aperos de labranza de suelos agrícolas, mostrando la necesidad de contar como datos primarios los parámetros macroestructurales y microestructurales que definen la respuesta mecánica del suelo, la herramienta de labranza y la interfase entre ambos.  </font></p>     <p><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><b>Palabras clave:</b>    modelación, interacción, suelo, herramienta de labranza, parámetros macro estructurales,    parámetros microestructurales. </font></p> <hr>      <P> <font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><B>ABSTRACT </B></font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">The theoretical bases are established for the modelling of tillage tool wear by means of the Distinct Elements Method. These bases include the definition of the microstructural contact models between soil particles and between the tillage tool surface and soil particles, also, as novel element was included the effect of the tool-soil adhesion. Finally the effect of the temperature was analysed in the wear and the equations for the determination of the wear are formulated by adapting the Archard´s law. The results allow establishing a distinct elements model for the wear simulation of tillage tool, showing the necessity to count as primary dates the microstructural and macrostructural parameters that define the mechanical response of the soil during soil tillage. </font>      <p><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"> <b>Key words:</b>    modelling, interaction, soil, tillage tool, macrostructural parameters, microstructural    parameters. </font> </p> <hr>      <P>      <P>&nbsp;     <P>&nbsp;     ]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="3"><B>INTRODUCCI&Oacute;N</B>    </font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Para la determinación    del desgaste tradicionalmente se han empleado los métodos analíticos y experimentales    (Martínez y Rodríguez, 1985; López et al., 2005; Gutiérrez y Fuentes, 2007;    Macías et al., 2009; Graff, 2010), sin embargo, con el desarrollo de las novedosas    técnicas de la computación se han incorporado los métodos numéricos, dentro    de estos el Método de Elementos Distintos o Discretos (MED), (Shmulevich, 2010).    </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El MED es un método    que ha sido empleado para el análisis de problemas de mecánica de rocas con    enfoque macroestructural para el estudio de materiales granulares y su interacción    con cuerpos sólidos, así como para el estudio de procesos agrícolas ingenieriles,    incluyendo el desgaste (Recarey et al., 2001; Burrel, 2003; Zhang y Li, 2004;    Soni y Salokhe, 2006; Asaf et al., 2007; Coetzee et al., 2007; Gutiérrez y Fuentes,    2007; Khot et al., 2007; Shmulevich et al., 2007; Tanaka et al., 2007; Malone    y.Xu, 2008; Nakashima, 2008; Coetzee y Els, 2009; Coetzee et al., 2009; Shmulevich    et al., 2009; Graff, 2010; Shmulevich, 2010; López et al., 2012). En estos modelos    la definición de las leyes de contacto entre elementos incluyen las fuerzas    de cohesión y fricción, aspectos que permiten modelar la fractura y la descohesión    o pérdida de cohesión del material. Esta consideración en el modelo posibilita    a su vez delimitar la formación de micro-fisuras y fisuras que provocan al final    el colapso. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Para el caso particular    del desgaste de los órganos de trabajo de los aperos de labranza las investigaciones    reportadas hasta el momento, han estado dirigidas a estudiar su magnitud e intensidad,    tanto en órganos de trabajo que difieren en forma y geometría a las herramientas    de labranza, como en los aperos empleados en el corte de rocas, la excavación    en minas y en materiales que difieren del suelo agrícola en lo referente a sus    características mecánicas (García de la Figal, 1978; Recarey et al., 2001; Burrel,    2003; Graff, 2010), por lo tanto, los modelos usados en las investigaciones    antes referidas tienen como inconveniente para aplicar en suelos agrícolas que    no toman en cuenta la adherencia del suelo a la herramienta de labranza. La    inclusión de esta propiedad en dichos modelos permitirá la simulación del desgaste    de los aperos de labranza en los suelos agrícolas. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Los modelos desarrollados    en MED para la simulación de problemas relacionados con geomateriales, como    es el caso del desgaste de los aperos de labranza durante su interacción con    el suelo, toman como datos de entrada parámetros referidos a la macro y microestructura    del suelo y de la interfase suelo-herramienta de labranza. Los parámetros macroestructurales    se determinan mediante ensayos experimentales (Coetzee et al., 2007; Graff,    2010) y los microestructurales por lo general mediante la estimación a partir    de los macroestructurales (Recarey et al., 2001; Burrel, 2003). </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Tomando en cuenta    esta problemática se decide realizar el presente trabajo que tiene como objetivo    establecer las bases teóricas para la simulación del desgaste de los órganos    de trabajo de los aperos de labranza de suelos agrícolas mediante el Método    de los Elementos Distintos. </font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="3"><B>TEORÍA GENERAL    DEL MED </B></font><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><B><I>    </I></B> </font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El Método de los    Elementos Distintos (MED) utiliza partículas o elementos discretos que en su    conjunto permiten describir y simular el comportamiento de un fenómeno dado    (Cundall y Strack, 1979). </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Los elementos discretos    que conforman el medio se desplazan de manera independiente unos de otros, trayendo    como resultado que interactúen entre si describiendo un movimiento de traslación    y rotación, cambiando de posición en el tiempo bajo la acción de fuerzas de    contacto y las fuerzas volumétricas. Estos cambios de posición están referidos    a un sistema de coordenadas globales que definen la ubicación de las partículas    en el espacio global, y a un sistema de coordenadas locales que identifica la    ubicación de estas con respecto al sistema de coordenadas global y al resto    de las partículas vecinas (<a href="/img/revistas/rcta/v23n2/f0114214.gif">Figura    1</a>). </font>      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Para describir    la traslación y la rotación de los elementos discretos que conforman el sistema    de partículas en MED se recurre a ecuaciones de la dinámica de Newton-Euler.    </font>     ]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><b>Ecuaciones de    Movimiento </b></font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El movimiento y    la rotación del elemento i-ésimo de un conjunto de partículas producido por    la acción de las fuerzas y momentos resultantes de la interacción entre estas,    la acción fuerzas volumétricas, elementos de contorno, y obstáculos en un instante    de tiempo dado (t<sub>n</sub>), se determinará mediante la aplicación de la    2<sup>da</sup> ley de Newton, como: </font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0114214.gif" width="361" height="28"><a name="E1"></a>      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0214214.gif" width="268" height="36"><a name="E2"></a>      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>&uuml;</i> - es el    vector de desplazamiento del centroide de la partícula en un sistema de coordenadas    global (X),     <br>   &omega; - es la velocidad angular de la partícula respecto al sistema de referencia    local (x), con la partícula y el origen en el centro del mismo, rad/s;     <br>   <i>m</i> - masa del elemento o partícula i-ésimo, kg;     <br>   <i>I</i> - momento de la inercia, kg·m<sup>2</sup>;     <br>   F<sub>i</sub> - fuerza resultante, N;     ]]></body>
<body><![CDATA[<br>   T<sub>i</sub> - momento resultante, N·m. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Durante la interacción    de las partículas se producen oscilaciones las cuales se regularán con un amortiguamiento    que se impone durante el contacto. De manera análoga a los problemas cuasi-estáticos    las oscilaciones de los modos de vibración más bajos se regulan a través de    la imposición de un amortiguamiento exterior o global, a partir de lo cual se    reformulan las <a href="#E1">ecuaciones 1</a> y <a href="#E2">2</a>, como: </font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0314214.gif" width="349" height="30"><a name="E3"></a>      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0414214.gif" width="282" height="40"><a name="E4"></a>      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">F<sub>i</sub> <sup>amortig</sup>-    fuerza resultante de amortiguamiento, N;     <br>   T<sub>i</sub> amortig – momento resultante de amortiguamiento, N·m. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El cálculo del    amortiguamiento global estará en función de la consideración, o no de la viscosidad    del medio. En los medios viscosos el amortiguamiento quedará definido, por:    </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0514214.gif" width="400" height="31">      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0614214.gif" width="400" height="42">      
]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">y para el caso    no viscoso: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0714214.gif" width="400" height="61">      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0814214.gif" width="420" height="57">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">&alpha;<sup>vT</sup>,    &alpha;<sup>vr</sup>, &alpha;<sup>nvT</sup>, &alpha;<sup>nvr</sup> son las constantes    de amortiguamiento. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Integrando las    <a href="#E3">ecuaciones 3</a> y <a href="#E4">4</a> en un intervalo tiempo    dado (<i>Dt</i>) mediante un esquema de diferencias finitas central, el movimiento    de traslación y rotación de los elementos discretos para el paso de tiempo n-ésimo    se determinará, como: </font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e0914214.gif" width="500" height="69">      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1014214.gif" width="420" height="54">      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1114214.gif" width="420" height="51">      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1214214.gif" width="410" height="69">      
]]></body>
<body><![CDATA[<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1314214.gif" width="420" height="50">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="3"><B>FORMULACIÓN    DEL MODELO CONSTITUTIVO DE CONTACTO EN MED </B></font><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><B>    </B> </font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><b>Contacto entre    las partículas de suelo </b></font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El modelo constitutivo    de contacto entre las partículas de suelo, se formulará tomando en cuenta que    en la dirección normal del contacto las mismas tendrán una reacción viscoelástica    que está dada por la inclusión de la rigidez normal (<i>k<sub>n</sub></i>) y    la constante viscosa en la dirección normal (<i>C<sub>n</sub></i>), representada    por la acción de un muelle y un amortiguador trabajando en paralelo, según el    Modelo de Kelvin (<a href="/img/revistas/rcta/v23n2/f0214214.gif">Figura    2a</a>). En el sentido tangencial del contacto el modelo constitutivo comprende    una reacción elástica del suelo representada por la rigidez tangencial (<i>k<sub>T</sub></i>),    la constante viscosa en la dirección tangencial, además de la acción de la fricción    interpartículas dada por el coeficiente de Coulomb (m) que se tomará como dato    la fricción interna del suelo (<a href="/img/revistas/rcta/v23n2/f0214214.gif">Figura    2b</a>). </font>      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><b>Contacto entre    las partículas de suelo y la herramienta de labranza </b></font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Para el caso del    modelo constitutivo de contacto entre las partículas de suelo y la herramienta    de labranza (<a href="/img/revistas/rcta/v23n2/f0214214.gif">Figura    2b</a>), se formulará de forma similar al caso anterior, con la diferencia que    el coeficiente de fricción que se tomará como dato corresponde a la fricción    externa correspondiente la fricción suelo-metal. </font>      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Una vez detectados    los contactos entre partículas, se calculan las fuerzas en los mismos. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><b>Determinación    de las fuerzas de contacto </b></font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Las fuerzas de    acción-reacción que surgen durante la interacción entre las partículas de suelo    que entran en contacto, o entre las partículas de suelo y la herramienta de    labranza (<a href="/img/revistas/rcta/v23n2/f0314214.gif">Figura    3</a>), se determinarán a partir de la tercera ley de Newton, representada por    la <a href="#E14">ecuación 14</a>. </font>      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1414214.gif" width="330" height="41"><a name="E14"></a>      
]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">F<sub>1</sub> –    fuerza de acción;    <br>   </font><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">F<sub>2</sub>    – fuerza de reacción. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La magnitud de    la fuerza F2 se determina, como: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1514214.gif" width="400" height="35">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">F<sub>n</sub>-    componente normal, N;     <br>   F<sub>T</sub> - componente tangencial, N;     <br>   <i>n</i>- vector unitario normal a la superficie de la partícula en el punto    de contacto. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La determinación    de las fuerzas de contacto (F<sub>n</sub>) y (F<sub>T</sub>) dependen de las    ecuaciones de equilibrio, ya sea entre las partículas del suelo, o entre las    partículas de suelo y la herramienta de labranza (<a href="/img/revistas/rcta/v23n2/f0414214.gif">Figura    4</a>). </font>      
]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Los modelos constitutivos    de contactos presentados en ambos casos presuponen la existencia, tanto de amortiguamiento    elástico como viscoso, por lo tanto, la fuerza normal (F<sub>n</sub>) estará    compuesta por en una fuerza normal elástica (Fne) y una fuerza normal amortiguada    (F<sub>nd</sub>), siendo:</font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1614214.gif" width="400" height="38">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La parte amortiguada    es proporcional a la componente normal de la velocidad relativa (v<sub>rn</sub>)    entre los centros de las partículas, por lo que la fuerza normal amortiguada    de contacto se determinará; como:</font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1714214.gif" width="400" height="35">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">C<sub>n</sub> –    coeficiente de amortiguamiento;     <br>   V<sub>rn</sub> – velocidad relativa normal de los centros de las partículas,    m/s. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El valor del amortiguamiento    (c<sub>n</sub>) se toma como la fracción del amortiguamiento crítico del sistema    (C<sub>cr</sub>), formado por dos sólidos rígidos de masas m<sub>1</sub> y m<sub>2</sub>,    conectados mediante un muelle de rigidez (k<sub>n</sub>), y se determinará como:    </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1814214.gif" width="400" height="66">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La velocidad relativa    normal de los centros de las partículas (V<sub>rn</sub>) se determinará como:    </font>     ]]></body>
<body><![CDATA[<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e1914214.gif" width="400" height="44">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">u<sub>1</sub>,    u<sub>2</sub>- velocidades de traslación de las partículas, m/s; </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La componente elástica    de la fuerza normal (F<sub>ne</sub>), dependerá de la rigidez normal en el contacto    (k<sub>n</sub>), y la separación existente entre las partículas (u<sub>rn</sub>),    determinándose su magnitud como: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2014214.gif" width="400" height="42">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">k<sub>n</sub> –    rigidez normal en el contacto, N·m<sup>-1</sup>;     <br>   u<sub>rn</sub> – separación entre partículas, m. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La separación entre    partículas se determinará como:</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2114214.gif" width="400" height="38">      
]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>d</i> - distancia    entre los centro de las partículas, m;     <br>   <i>R</i><sub>P1</sub> – radio de la partícula 1, m;     <br>   <i>R</i><sub>P2</sub> – radio de la partícula 2, m. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Tomando en cuenta    que la rigidez a nivel microestructural (k<sub>n</sub>) está estrechamente relacionada    con los parámetros que caracterizan la rigidez de la macroestructura, la rigidez    en la dirección normal (k<sub>n</sub>), se determinará, como: </font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2214214.gif" width="400" height="54">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>G </i>– módulo    cortante, kPa.     <br>   <i>v</i>- Coeficiente de Poisson;     <br>   R- radio equivalente, m. </font>     ]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El radio equivalente    se determina, según: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2314214.gif" width="400" height="66">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La fuerza elástica    correspondiente a la dirección tangencial (F<sub>T</sub>) será proporcional    al desplazamiento relativo tangencial entre partículas, con un factor de proporcionalidad    (k<sub>T</sub>), y se determinará por: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2414214.gif" width="400" height="32">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">k<sub>T</sub> -    rigidez en el sentido tangencial al contacto, N.m<sup>-1</sup>;     <br>   u<sub>rT</sub> – solapamiento entre las partículas, m. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La rigidez tangencial    tomando en cuenta el módulo cortante se determinará como: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2514214.gif" width="420" height="82">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     ]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">n<sub>p</sub> –    coeficiente de Poisson de las partículas, adimensional.     <br>   <i>R</i> – radio de las partículas, m. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><b>Detección de    contacto </b> </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Para la detección    del contacto entre pares de esferas en ausencia de cohesión debe cumplirse la    condición siguiente: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e4114214.gif" width="74" height="38">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Si el contacto    entre las partículas es cohesivo debe cumplirse la condición siguiente: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e4214214.gif" width="138" height="38">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">En ausencia de    cohesión o después de la rotura del contacto la fuerza de rozamiento se calculará    por: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2614214.gif" width="400" height="71">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     ]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>U</i><sup>+</sup><sub>rn,max</sub>     - separación que debe crearse para que el contacto entre dos esferas o discos    se rompa por completo, la cual debe determinarse en base al modelo constitutivo    y las propiedades del material.</font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><b>Ruptura de los    contactos </b></font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La ruptura de los    contactos entre partículas se debe fundamentalmente a la aplicación de cargas    externas al sistema, la acción de las fuerzas volumétricas, y las fuerzas de    reacción que generan las colisiones entre partículas. Esta ruptura se produce    una vez que se supera la magnitud de la fuerza máxima cohesiva del contacto    en la dirección tangencial o normal (<i>F<sub>n</sub> > R<sub>n</sub></i> ó    <i>F<sub>T</sub> > R<sub>T</sub></i>. Se cumplirá como condición que los contactos    no pueden restituirse después de romperse. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">En cada contacto    la fuerza normal crecerá proporcionalmente al desplazamiento relativo normal    entre elementos con un factor de proporcionalidad igual a (k<sub>n</sub>). Dicho    factor puede tomar distintos valores según la fuerza normal sea de tracción    o de compresión (<a href="/img/revistas/rcta/v23n2/f0514214.gif">Figura    5</a> y <a href="/img/revistas/rcta/v23n2/f0614214.gif">6</a>).    Cuando la fuerza normal de tracción alcance un valor igual a (R<sub>n</sub>),    el contacto romperá y dejará de existir tal fuerza. </font>      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">En este mismo contacto    habrá una fuerza tangencial que será proporcional al desplazamiento tangencial    relativo entre los elementos, y al alcanzar esta fuerza el valor de (R<sub>T</sub>)    se romperá el contacto. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>V<sub>rT</sub></i>-    componente tangencial de la velocidad relativa entre los puntos en contacto    de las partículas, m.s-1. </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2714214.gif" width="450" height="27">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">n- vector de la    unidad normal a la superficie de la partícula en el punto de contacto (por tanto,    para elementos esféricos o discos tiene la dirección de la recta que une las    dos partículas y su dirección es apuntando hacia afuera respecto a la partícula    1) </font>     ]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La velocidad relativa    (V<sub>r</sub> ) es proporcional a la diferencia de velocidades entre los puntos    de contacto, y se determinará por: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2814214.gif" width="480" height="29">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">u<sub>1</sub>,u<sub>2</sub>    - velocidades de traslacion de las particulas en contacto, m.s<sup>-1</sup>;</font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"> &phi;<sub>1</sub>,    &phi;<sub>2</sub> - velocidades de rotacion de las particulas en contacto, rad.s<sup>-1</sup>;</font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"> r<sub>c1</sub>    y r<sub>c2</sub> - vectores que conectan los centros de las dos particulas en    contacto.</font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">En esta formulación    la fuerza de rozamiento que surge como consecuencia de la interacción entre    las partículas de suelo se determinará aplicando la ley de Coulomb, como:</font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e2914214.gif" width="400" height="44">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde:</font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">&mu; - coeficiente    de fricción interpartículas;     ]]></body>
<body><![CDATA[<br>   c - cohesión del suelo, kPa. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El coeficiente    de fricción interpartículas se determinará como: </font>     <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3014214.gif" width="400" height="32">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La cohesión microestructural    se determinará como: </font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3114214.gif" width="400" height="67">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">C’ – cohesión microestructural,    kPa;     <br>   n – porosidad, %. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Cuando la fuerza    de rozamiento está referida al contacto suelo-herramienta de labranza (F<sub>Ts-h</sub>),    se procede de forma similar al caso anterior, pero se tienen en cuenta la fricción    suelo-metal y la adherencia, y se determinará como:</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3214214.gif" width="400" height="42">      
]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>m</i><sub>&delta;</sub>    - coeficiente de friccion externa;     <br>   C<i><sub>a</sub></i> - adherencia suelo-herramienta de labranza, kPa. </font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El coeficiente    de friccion externa se determinara como:</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3314214.gif" width="350" height="44">     
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La porosidad se    determina experimentalmente a partir de las relaciones volumétricas del suelo,    es decir determinando la proporción entre el volumen de vacíos (aire y H<sub>2</sub>O)    y el volumen total de la muestra, según las expresiones que se muestran a continuación.</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3414214.gif" width="400" height="51">      
<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e4314214.gif" width="73" height="68">     
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>e</i> . indice    de poros;     ]]></body>
<body><![CDATA[<br>   <i>G<sub>s</sub></i> . peso especifico, N/m<sup>3</sup>;     <br>   &gamma;<sub>d</sub> . densidad seca del suelo, g/cm<sup>3</sup>.</font>     <P>&nbsp;     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="3"><b>EL    DESGASTE  </b></font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Para determinar    el desgaste en esta formulación se ha tenido en cuenta la ley de Archard, empleada    con éxito en la simulación del corte de rocas, y el desgate de útiles de excavación    y movimiento de suelo no agrícola (arena sílice y grava), mediante el Método    de Elementos Distintos por (Recarey et al., 2001; Burrel, 2003; Gutiérrez y    Fuentes, 2007), la misma asume que la magnitud de desgaste (w) es proporcional    a la presión en el contacto (p<sub>n</sub>) y la velocidad de deslizamiento    (V<sub>t</sub>) como se muestra en la siguiente ecuación:</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3514214.gif" width="400" height="53">      
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>H</i> – medida    de la dureza de la superficie de contacto, HB;     <br>   <i>k</i> – parámetro adimensional. </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Si se asume que    H depende de la temperatura T, se tiene en cuenta su influencia en el desgaste.</font>      ]]></body>
<body><![CDATA[<P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3614214.gif" width="400" height="38">     
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">La fricción se    evalúa mediante la ley de Coulomb:</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3714214.gif" width="430" height="38">     
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Operando con las    ecuaciones anteriores se obtiene:</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3814214.gif" width="450" height="60"><a name="E38"></a>     
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">donde: </font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2"><i>D</i> - es    el coeficiente de disipación friccional.</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e3914214.gif" width="400" height="56">     
<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Integrando la <a href="#E38">ecuación    38</a> en el tiempo, la magnitud del desgaste en un intervalo de tiempo se determinará,    como:</font>      <P align="center"><img src="/img/revistas/rcta/v23n2/e4014214.gif" width="380" height="43">     
]]></body>
<body><![CDATA[<P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">Una vez que dicho    desgaste alcanza el tamaño de la partícula que conforma la superficie de la    herramienta de labranza, se considera que está partícula ya no forma parte de    la herramienta, por tanto, la geometría de la herramienta se modifica a lo largo    del tiempo, tal como sucede durante el proceso de labranza del suelo.</font>      <P>&nbsp;      <P>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="3"><B>CONCLUSIONES</B></font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">El Método    de Elementos Distintos (MED) ha tenido aplicación en la simulación del desgaste    abrasivo de los órganos de trabajo de las herramientas que se emplean en el    movimiento y excavación de suelos no agrícola, arena sílice y rocas,, sin embargo,    en suelos agrícolas no se han reportado aplicaciones;</font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">&#149; Los parametros    que se usaran como datos de entrada para la corrida de los modelos son los parametros    macroestructurales del suelo: modulo cortante (G), coeficiente de Poisson (<i>v</i>),    cohesion (c), friccion interna (&Phi;) y microestructurales del suelo: cohesion    interna o fuerza cohesiva (C'), rigidez normal (k<sub>n</sub>), rigidez tangencial    (k<sub>T</sub>), coeficiente de friccion interparticulas (m&Phi;), coeficiente    de amortiguamiento (c<sub>n</sub>) y la porosidad (n), que definen la rigidez    y perdidas de contacto entre las particulas de suelo, y los parametros macroestructurales    de la interfase suelo-herramienta de labranza: adhesion suelo-herramienta de    labranza (C<sub>a</sub>) y coeficiente de friccion suelo-herramienta de labranza    (m&delta;); </font>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">&#149; El modelo que se    fundamenta pretende simular, tanto la respuesta del suelo a nivel de la microestructura,    como la perdida de material producida por el desgaste de la herramienta de labranza    durante su interaccion con el suelo;</font>     <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">&#149; La Ley de Archard    ha tenido aplicación en el Método de Elementos Distintos para la simulación    del desgaste de útiles de excavación, movimiento de suelos no agrícolas y rocas,    por lo que será usada en esta formulación con el mismo propósito.</font>      <P>&nbsp;     <P>&nbsp;      ]]></body>
<body><![CDATA[<P>     <P>     <P>      <P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="3"><B>REFERENCIAS    BIBLIOGR&Aacute;FICAS</B></font><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">    </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">1. </font><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">ASAF,    Z.; D. RUBINSTEIN & I. SHMULEVICH: “Determination of discrete element model    parameters required for soil tillage”, <i>Journal of Soil & Tillage Research</i>,    92 (1): 227-242, 2007.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">2. BURREL, S.:<i>    Estudio del problema de desgaste empleando el método de las partículas</i>.    Master Science Thesis, Escuela Técnica Superior de caminos, canales y puertos    de Barcelona. Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, 2003. 27- 44pp</font>.    <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">3. COETZEE, C.    J.; A. H. BASSON & P. A. VERMEER: “Discrete and continuum modelling of excavator    bucket filling”, <i>Journal Terramechanics</i>, (44): 177-186, 2007.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">4. COETZEE, C.    J. & D. N. ELS: “Calibration of granular material parameters for DEM modelling    and numerical verification by blade-granular material interaction”, <i>Journal    Terramechanics</i>, 30 (46): 15-26, 2009.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">5. COETZEE, C.    J.; D. N. ELS & G. F. DYMOND: “Discrete element parameter calibration and the    modeling of dragline bucket filling”, <i>Journal Terramechanics</i>, (30): 1-12,    2009.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">6. CUNDALL, P.    A. & L. D. O. STRACK: “A distinct element model for granular assemblies”, <i>Journal    Geotechnique</i>, (29): 47-65, 1979.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">7. GARCÍA DE LA    FIGAL, C. A.: “Estudio de la fricción suelo-metal y suelo-plástico para dos    suelos cañeros cubanos”. <i>Ciencias Técnicas</i>, CUJAE. (3): 107-122, 1978.        </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">8. GRAFF, L.: <i>Discrete    element method simulation of wear due to soil-tool interaction</i>. Master Science    Thesis, University of Saskatchewan, Saskatoon, Canada, 2010.</font> <font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">120pp.    </font>     <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">9. GUTIÉRREZ, S.    A. y B. D. FUENTES: &quot;Estudio del desgaste en materiales mediante el Metodo    de Elementos Discretos&quot;. En: <i>8º Congreso Iberoamericano de Ingeniería    Mecánica</i>, pp. 1-12, Cusco, Perú, 23 al 25 de Octubre 2007.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">10. KHOT, L. R.;    V. M. SALOKHE; H. P. W. JAYASURIYA & H. NAKASHIMA: “Experimental validation    of distinct element simulation for dynamic wheel-soil interaction”, <i>Journal    Terramechanics</i>, 44 (6): 429-437, 2007.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">11. LÓPEZ, B. E.;    C. I. CORONEL; A. C. CRUZ; M. S. HERRERA y O. C. GONZÁLEZ: “Aumento de la resistencia    al desgaste de aperos mediante la aplicación del recargue superficial por soldadura    automática”, <i>Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias</i>, 16 (4): 1-4, 2005.        </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">12. LÓPEZ, E.;    M. HERRERA; O. GONZÁLEZ; E. B. TIJSKENS y H. RAMÓN: “Determination of basics    mechanical properties in a tropical clay soil as a function of dry bulk density    and moisture”, <i>Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias</i>, 21 (3): 5-11,    2012.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">13. MACÍAS, I.    S.; M. E. RAMOS y A. V. LÓPEZ: “Influencia de la fricción en la aparición del    desgaste en diferentes mecanismos de las máquinas agrícolas”, <i>Revista Electrónica    Granma Ciencia</i>, 13 (2): 1-13, 2009.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">14. MALONE, K.    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BURREL: <i>Simulación de problemas    de desgaste en la interacción herramienta de corte terreno empleando el Método    de los Elementos Discretos</i>, Ed. UCLV, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2001.    25pp.    </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">18. SHMULEVICH,    I.: “State of the art modeling of soil-tillage interaction using discrete element    method”, <i>Journal Agricultural Engine</i>, (3): 41- 53, 2010.     </font>      <!-- ref --><P><font face="Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">19. SHMULEVICH,    I.; Z. ASAF y D. RUBINSTEIN: <i>Interaction between Soil and a Wide Cutting    Blade Using the Discrete Element Method</i>. Haifa 32000, Ed. Technion - Israel    Institute of Technology, Israel, 2007. pp. 46.    </font>      ]]></body>
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