PANTALLAS DINÁMICAS PARA LA DISIPACIÓN DE IMPACTOS DE CAÍDA DE ROCAS. CICLO DE CONFERENCIAS GRUPO DE GEOTECNIA PUCV.

PRIMERA JORNADA 2007

Luis Ló López Quijada 1

1. INTRODUCCION

2

1. INTRODUCCION SISTEMAS DE CONTROL DE CAÍDA DE ROCAS. •

Remoción Manual o Purga.

•

Precorte.

•

Modificación De La Pendiente o Perfilado.

•

Zanja De Recogida Y Cunetas.

•

Gunitado.

•

Malla Colgada.

•

Falso Túnel.

•

Muros.

•

Atenuadores.

•

Vegetación.

•

Pantallas

•Gunitado.

Atenuadores.

3

1. INTRODUCCION ELECCIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN.

Muros Rígidos Sistemas de Cables de Acero

Galerías de Hormigón

Zanjas

Presas Reforzadas

1

10

100

1000

10000

100000

Capacidad de Absorción de Energ ía (kJ) Loadings on Rockfall Protection Sheds (in German 1998)

4

1. INTRODUCCION ELECCIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN. TAMAÑO TAMA ÑOBLOQUE BLOQUE

3 Volumen Volumen>>0.03 0.03 m m3

Volumen < 0.03 m 3 3 Volumen < 0.03 m

Recurrencia ída Recurrenciade deca caída

>>11evento evento semanal semanal

> 20 20 % %

Dispersión Dispersiónsobre sobre elelárea áreade deaporte aporte

>20 20% %

•• Falso Falsotúnel túnelpara paraque que se seproduzca produzcaun un recorrido recorridopor porencima encima de deel. el. •• Muros Muros

• Red de cables en toda la • Red de cables en toda la extensión, más pantalla extensión, más pantalla dinámica. dinámica. • • Cambio Cambiode deubicación. ubicaci ón. • • Falso Falsotúnel túnelen enlongitud. longitud.

Recurrencia ída Recurrenciade deca caída

11 evento evento semanal semanal

20 20% %

20 20% %

• • Zanja Zanjacon con mantenimiento. mantenimiento. • Pantalla de baja energía • Pantalla de baja energía con conmantenimiento. mantenimiento.

< 20 % < 20 %

•• Purgas. Purgas. •• Perfilado Perfilado • Precorte • Precorte •• Forestación Forestaci ón •• Gunitado Gunitado

•• Malla MallaColgada Colgadade detriple triple torsión torsiónde deresistencia resistenciaalta alta con mantenimiento con mantenimientoalto. alto. •• Cunetas Cunetas

•• Malla MallaColgada Colgadade detriple tripletorsión torsión con conmantenimiento mantenimientobajo. bajo. •• Pantalla Pantalladinámica dinámicade debaja baja energía energíacon conmalla mallatriple tripletorsión. torsi ón.

5

2. ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN.

• • • • •

Pantallas PantallasDinámicas Dinámicas

Se tiene dificultad de acceso al punto de control. Se requiere urgencia en la actuación. Hay problemas de espacio en la ejecución o construcción Se requieren obras provisionales. Se requiere minimización de impacto visual.

Clasificación De Las Pantallas. Clasificación

Energía kJ

Energía ft-ton

Altura-f

Altura-m

1 2 3 4 5 6 7 8 9

12,5 50 200 500 1000 1500 2000 3000 5000

4,6 18,45 73,8 184,5 369 553,5 738 1107 1845

7.0 f 7.0 f 8.7 f 11.0 f 12.6 f 14.5 f 14.9 f 17.8 f 24.4 f

2,15 m 2,15 m 2,65 m 3,35 m 3,85 m 4,45 m 4,55 m 5,45 m 7,45 m

Tipo de Pantalla

Energía de Trabajo (kJ)

Energía de Rotura (kJ)

Muy Baja

1500

6

2. ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN.

Tipos Genéricos De Pantallas Dinámicas.

7

2. ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN. Configuración De Ensayos Sobre Barreras.

t0

• No se toma en cuenta la velocidad rotacional. • La máxima tensión resulta con los ensayos en los paneles de los costados

H

H to

t1

t1

E Oblique

total

1  m v (2t 0 ) H  m g 2

1 E verticaltotal  m  v(2t 0 ) H  m g 2

Ensayo inclinado Desplazamiento de la Pantalla versus Energía

Energía aplicada ve rsus Tiem po Detención 1.2

9

Desplazamiento ( m )

Tiem po D e te nción de R oc a

10 1

0.8

0.6

0.4

8 7 6 5 4 3 2

0.2

1 0

0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2

R = 0.3355

Energía (kJ)

0

250

500 2

750

1000

R = 0.7358

1250

1500

1750

2000

2250

Energía (kJ)

8

3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS. INVESTIGACIONES REALIZADAS SOBRE MOVIMIENTOS.

Causa

Porcentaje del Total

Lluvia

30

Hielo Deshielo

21

Roca Fracturada

12

Viento

12

Motonieves

8

Escorrentía por canales

7

Fractura planar adversa

5

Animales excavadores

2

Erosión Diferencial

1

Raíces de árboles

1

Animales salvajes

0.3

Vibraciones de camiones

0.3

Descomposici ón del suelo

0.3

Otros

0.6

Efecto de las estaciones del año en los desprendimientos de rocas (Peckover 1975).

9

3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS. CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE LAS POSIBLES ROCAS INESTABLES.

1

2 3

PARÁMETROS Resistencia de la roca intacta a compresión simple Valoración RQD % Valoración Separación entre juntas (cm) Valoración

4

Condición de las Juntas

5

Valoración Flujo de agua en las juntas Valoración Puntuación Clase Calidad Tiempo de Mantenimiento Cohesión Angulo de rozamiento

VALORES DEL RMR (BIENIAWSKI, 1979) INTERVALO DE VALORES (Mpa) >250

100 - 250

50 - 100

25 - 50

15 90-100 20

12 75-90 17

7 50-75 13

4 25-50 8

> 200

60 - 200

20 - 60

6 - 20

5mm Continuas 0

Goteando 0,2-0,5

Fluyendo 0,5

4

0

40 - 21 IV Mala 10 horas con 2,5 m de vano 1-2 kg/cm2

< 20 V Muy Mala 30 minutos con 1 m de vano < 1 kg/cm 2

15º-25º

< 15º

20 Muy rugosas, No continuas, Cerradas, Bordes Sanos y duros 30 Secas 0,0 15 100 - 81 I Muy Buena 10 años con 15 m de vano > 4 kg/cm2 > 45º

15 10 Algo rugosas Algo rugosas separación 30

8

2,5 *

0 -10

4

1

10 - 20

5

1,2

> 20

5

2*

0 – 10

4

1

10 – 20

4

1,5

> 20

5

2*

Esquema

H

A D

11

3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS. ALGORITMO DE CÁLCULO 1 1 1 ·I ·2 1 ·M ·V 2  · f ( F ) SF  ·I ·22  ·M ·Vt 22  1 t1  2 2 2 2  PASO

ENTRADA

1

V1 ,a

2

S,R

3

M

ECUACIÓN UTILIZADA

Vn1 = V 1 sen  Vt1 = V1 cos  S max tan 1 ( ) R 2 I zz  M ·R 2 5

V n1 Vt1

R t, 1

5

Rn

6 7

8 9

f ( F ) R t  2 V t1 1 R     1.2  20  Rt SF  2  V n1    1 250 R   n 

Vt 2 



 

R2 I12 MVt 21 · f ( F )·SF I MR 2



V 2  t 2 R Vn 2 

Vt

ROCA

 max I

Rt 

θ Rn

1 Rt

4

Vn

V

RESULTADO

f (F )



SF

Vt2

2

V n1· Rn

V n1 1  30 

   

V2  Vn22 Vt 22

2

V n2 V2 12

3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS. ENERGÍA CINÉTICA DE UNA ROCA CAYENDO SOBRE UN TALUD DE 40º

200

50%

ENERGÍA CIN ÉT ICA( kJ )

180

75% 90%

160

95% 98%

140 120 100 80 60 40 20 0 0

20

40

60

80

100 120 140 160 180

200

LONGITUD (m) ALTURA DE REBOTE DE UNA ROCA SOBRE UN TALUD DE 40º

A LTU RA DE REBOTE (m)

15

50% 75% 90% 95% 98%

10

5

0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

LONGITUD 13 (m)

3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS. ENERGÍA CINÉTICA DE UNA ROCA CAYENDO SOBRE UN TALUD DE 45º 140

120

50%

110

75%

100

90%

90

95% 98%

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

LONGITUD (m)

50%

ALTURA DE REBOTE DE UNA ROCA SOBRE UN TALUD DE 45º

75% 90%

14

95%

13

ALT URA D E R EBOT E (m )

ENERGÍA CINÉT ICA ( kJ )

130

98%

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

14

LONGITUD (m)

3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS. ENERGÍA CINÉTICA DE UNA ROCA CAYENDO SOBRE UN TALUD DE 35º 13 50%

ENE RGÍA CINÉTICA( kJ )

12

75%

11

90%

10

95%

9

98%

8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

20

40

60

80

100 120

140 160 180 200

LONGITUD (m) ALTURA DE REBOTE DE UNA ROCA SOBRE UN TALUD DE 35º 6

ALTURA DE REBOTE (m)

50%

5

75% 90%

4

95% 98%

3

2 1

0 0

20

40

60

80

100 120

140

160

180 15 200

LONGITUD (m)

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS

Resumen de ensayos realizados

Elemento

Características

Red Red Grapa Grapa Grapa Grapa Grapa Grapa Grapa Grapa Red Red Red Red Grapa Grapa Cable Red Red Freno Freno Freno Freno Freno Freno Freno Freno Freno Freno Cable Cable Cable Cable Cable Frenos Frenos Frenos Frenos

4 m , 8mm, 283 mm 2 4 m , 8mm, 283 mm Tubosider Geobrugg MTC -Z MTC-N Tubosider Geobrugg MTC -Z MTC-N 5 m2 , 8mm, 250 mm 4.5 m2 , 8mm, 200 mm 2 5 m , 8mm, 250 mm 2 4.5 m , 8mm, 200 mm Tipo MTC, 10 mm Tipo MTC, 10 mm Tipo MTC, 10 mm 2 6 m , 10 mm, 300 mm 2 6 m , 10 mm, 300 mm Geobrugg MTC 120 160, 100 kN 160, 100 kN, rotura 120, 30/90 kN, rotura 120, 30 kN, rotura Tubosider Tubosider, 50 kN Tubosider, 20 kN 16 mm 6x19+1 8 mm Inducable 8 mm Bezabala 10 mm Bezabala 16 mm Inducable 120 bares MTC 140 bares MTC 160 bares MTC -

2

Fecha

Ensayo

Muestras

Lugar

1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 1 Agosto 2003 16 Marzo 2004 16 Marzo 2004 16 Marzo 2004 16 Marzo 2004 3 Diciembre 2004 3 Diciembre 2004 3 Diciembre 2004 9 Diciembre 2004 9 Diciembre 2004 19 Abril 2005 19 Abril 2005 7 Julio 2005 7 Julio 2005 7 Julio 2005 7 Julio 2005 7 Julio 2005 7 Julio 2005 7 Julio 2005 7 Julio 2005 23 Septiembre 2005 28 Octubre 2005 28 Octubre 2005 28 Octubre 2005 28 Octubre 2005 13 Octubre 2006 13 Octubre 2006 13 Octubre 2006 13 Octubre 2006

Carga Concentrada Carga Repartida Corte Corte Corte Corte Deslizamiento Deslizamiento Deslizamiento Deslizamiento Carga Concentrada Carga Concentrada Carga Repartida Carga Repartida Deslizamiento Corte Tracción Carga Concentrada Carga Repartida Tracción Tracción Rotura, tiro directo Rotura, tiro directo Rotura, tiro directo Rotura, tiro directo Rotura, tiro directo Rotura, tiro directo Rotura, tiro directo Rotura, tiro directo Rotura Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 4

Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Unican Bezabala Bezabala Inducable Inducable Inducable Inducable Inducable Inducable Inducable Inducable Inducable Unican Unican Unican Unican Bezabala Bezabala Bezabala Bezabala

16

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS ENSAYOS DE LAS REDES

ENSAYO Carga Puntual Carga Puntual Carga Puntual Carga Puntual Carga Repartida Carga Repartida Carga Repartida Carga Repartida

Diámetro del cable mm 10 8 8 8 10 8 8 8

Cuadrícula mm 300 283 250 200 300 283 250 200

Paño m2 6 4 5 4.5 6 4 5 4.5

Deformación Rotura mm 174 211.1 175.2 180.9 150 266.7 144.3 152

Carga Rotura kN 159.1 93.5 114.4 136.0 366.1 183.4 209.2 290.7

Carga Rotura Unitaria. kN/m2 26.5 23.4 22.9 30.2 61.0 4 5.8 41.8 64.6

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS DE LAS MALLAS. Ensayo Esfuerzo - Desplazamiento Cables 8 mm, Carga Concentrada, 283 mm Curva de Ajuste Final

Ensayo Esfuerzo - Desplazamiento Cables 8 mm, Carga Concentrada, 283 mm Curva Editada

Curvas de Regresión de distintas cuadriculas

10

18

9

16

8

14

7

12

10 9 8

6 5 4

Car ga (t )

Masa (t)

Ma sa (t)

7 6 5

1

8

4

6

3

4

2

2

1

0

3 2

10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

0

0

0

50

100

150

20

40

60

80

100

200

120

140

160

Desplazamiento (mm)

Desplazamiento (mm)

ENSAYOS DE MALLAS DE 8 mm. Coeficientes de Curvas de regresion

90

100 110

120

130 140

150

160 170

180 190

200

210

Deformación (mm)

180

200

250

283

Serie4

Relación entre la Cuadricula y la Resistencia Mallas de 8 mm ensayadas Regresion de la carga de falla

0.00044

15 0.00042

14

Cu a dr icu la

Res isten cia (t on )

y = -0.0000015x + 0.0007308 2 R = 0.8911533

0.0004

0.00038

0.00036

0.00034 0.00032

y = -0.0594x + 25.647 R2 = 0.8853

13 12 11 10 9

0.0003

8 190

200

210

220

230

240

250

0.00028

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

L (0.0000015  G 0.00073) D 2

270

280

290

Cuadricula (mm)

290

Coeficiente

260

Serie1

Lineal (Serie1)

L max  0.0594  G 25.647

18

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS Gráfico Carga - Deformación Diferentes diámetros

ENSAYOS DEL CABLE

160 8 mm Inducable 8 mm Inducable 8 mm Bezabala 8 mm Bezabala 10 mm Bezabala 10 mm Bezabala 16 mm Inducable 16 mm Inducable ansys 8

Carga Aplica da (k N)

140 120 100 80 60 40 20 0 0

1

2

3

4

5

Deformación (%) Elemento

Caracter ísticas

Carga Máxima kN

Deformación Máxima %

Carga Unitaria N/mm 2

Cable

16 mm 6x19+1

147.4

3.1

1316

Cable

8 mm Inducable

40.5

2.6

1308

Cable

8 mm Bezabala

43.08

2.5

1391

Cable

10 mm Bezabala

75.9

4.1

1725

Cable

16 mm Inducable

153.6

3.5

1371

19

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS ENSAYOS DE LA UNIÓN ENTRE EL CABLE Y LAS GRAPAS Ensayo de Deslizamiento

Curva de regresión ensayo de deslizamiento

16 15

16

2

y = -0.0598x + 1.9215x - 0.4047

14

y = -0.0598x + 1.9215x - 0.4047 R 2 = 0.9908

14 13

12

12

11

11

10

F u erza ( kN )

F ue rza ( k N )

2

15

2

R = 0.9908

13

9 8 7 6

10 9 8 7 6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

def (mm )

17

18

Ensayo de Corte Grapa Cable de 10 mm 16

3

16

2

y = 9E-06x5 - 0.0003x4 + 0.0034x3 - 0.015x2 + 0.0256x + 0.2279

y = -0.0585x + 3.8146x - 47.725 R2 = 0.9921

14

2

R = 0.9891

14

2.5

12

10

10 8

Fuer za ( kN )

2

F uerz a ( k N)

Fuerza ( kN )

12

1.5

8

6 1

6

4

0.5

4

2

2

0

0 0

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

2

4

6

8

10

Deformación (mm)

12

14

16

18

19

deformación (mm )

Ensayo de Corte Grapa cable de 10 mm

Ensayo de Corte Grapas cable de 10 mm

16

20

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

Deforma ción (mm)

Deformación ( mm )

20

35

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS INSTRUMENTACIÓN DE LOS DISIPADORES 1

6

2

7

3

8

4

9

5

1 2

6 7

3 8 4 5

9

Configuración Puente

Tipo de Galga

Galga Activa/ ohms

Galga Pasiva

Resistencia / ohms

Excitació n voltios

Filtro Hz

Ruido

Medio

Uniaxial

1/120

-

1/120

10

30

80

Medio

Uniaxial

1/120

-

1/120

5

30

25

Medio

Uniaxial

1/120

-

1/120

5

-

50

Medio

Uniaxial

1/120

1/120

-

10

30

23

Medio

Uniaxial

2/120

-

-

5

30

3.5

Medio

Uniaxial

2/120

-

-

10

30

1

Medio

Uniaxial

1/350

1/350

-

5

30

1

Medio

Uniaxial

1/350

1/350

-

10

30

1

Medio

Biaxial

1/350

-

-

5

30

1

Medio

Biaxial

1/350

-

-

10

30

21 1

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS INSTRUMENTACIÓN DE LOS DISIPADORES

22

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS INSTRUMENTACIÓN DE LOS DISIPADORES

23

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS GRÁFICOS ESFUERZO-DESPLAZAMIENTO DISIP ADORES IBEROTALUD 160

140

120

100

80

60

160 bares

DISIPADOR IBEROTALUD Gráfico Fuerza - Desplazamiento

40

140 bares 120 bares

20

140 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

120

DESPLAZAM IENTO (m) 160 bar

200 bar

TUBOSIDER 100

160 bares

DISIPADOR IBEROTALUD Gráfico Fuerza - Desplazamiento

140 bares 120 bares

80

140 120

60

Fuerz a [ kN ]

140 bar

Fuerza [kN]

120 bar

40

100 80 60 40 20

20

0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Desplazamiento [mm]

0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

24 Desplazamiento [mm]

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA. C 5 m

Diseño Mediante La Deformación De Rotura Total cable · L



Elongación ensayo Elongación Unitaria  Area malla

E  1.5 m

TBC

B

A

5m

5m

Poste

TBC

a

D

X

1.5 m

Poste

F

B`

b

E a

y

i

B

g

d

z

C

c

h/2 c

TCF

F

1.5 m

j

f

k

A

e

=d

x



 TBCZ

TBCX TCE

T BC

 B c

1.5 m

TAB

TAB

f



E

F

F

f A

f TAB`

B´

TBCY

D 25

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA L3

Diseño Pseudo-Dinámico Por Trayectorias Cargas L1

m n sen()

C

L2

L2

L1

B`

B Y

C

C`

L4

L3

B

A X

Fuerza n º de cuerdas efectivas x por dirección x nº de piernas x cos() x T Z

X

Y

Z

A

a1

a2

a3

B

b1

b2

b3

C

c1

c2

c3

B`

g

h

i

A 0 ·iˆ0· ˆ j 0·kˆ

A

X

B

B`

L5

C

A

B b1·iˆb2· ˆ j b3·kˆ C c1·iˆc2· ˆ j c3·kˆ 

BA (b1 a1)·iˆ (b2 a 2)· ˆ j (b3 a 3)·kˆ 

CB (c1 b1)·ˆ i (c2 b 2)· ˆ j (c3 b3)·kˆ 

BB ` (b1 b1`)·ˆ i (b 2 b2 `)· ˆ j (b3 b3`)·kˆ

F TAB  nº cuerdas  direccione s  nº piernas  cos nab 1·TAB grupo nbc1·TBC 0 n 1 T BC  ab ·T AB grupo nbc 1 F TAnclajes  n º anclajes  cos(ángulo tirantes )

26

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA ANÁLISIS ESTÁTICO POR MÉTODOS NUMÉRICOS

K   u  F

U V W

 K : Matriz de rigidez  u : Vector desplazamiento  F : Vector de fuerza aplicada 1.

Generación de la matrices de rigidez de cada elemento.

2.

Transformación de la matrices de rigidez de cada elemento a coordenadas locales.

3.

Ensamblaje de las matrices de rigidez en coordenadas globales

4.

Reducción del sistema de ecuaciones aplicando condiciones de contorno.

5.

Resolver el sistema de ecuaciones simultaneas por algún método.

6.

Sustitución de los desplazamientos calculados en coordenadas globales para encontrar las reacciones desconocidas.

7.

Transformación de los desplazamientos de los elementos en coordenadas locales.

8.

Calcular las fuerzas y esfuerzos mediante los desplazamientos del elemento en coordenadas locales.

S Y

J X

I

Z

27

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA SIMULACIÓN DE LOS ENSAYOS MEDIANTE ORDENADOR

28

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Análisis De Los Ensayos ENSAYO CARGA CONCENTRADA malla 2x2, cable 10 mm, cuadrícula 300 mm

SIMULACIÓN ANSYS-LABORATORIO malla 2x2, carga puntual, cable 8 mm 283 mm 200

180

190 180

160

170 160 150

Carga en malla kN

140

Fuerza (kN)

120 100

80

60

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40

40

30 20

20

10 0

0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

Deformación mm

Deform ación (m m )

29

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Diseño Estático Mediante Elementos Finitos

DEFORMACIÓN MALLA 3X10; 200 m m ; 8 m m 450 400 Defo rm ació n mm

350 300 250 200 150 100 50 0 0

50

100

150

200

250

300

carga en pantalla kN

30

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA DEFORMACIÓN MALLA 3X10; 200 m m ; 8 m m

Diseño Estático Mediante Elementos Finitos 1400

Deformaci ón mm

1200 1000 800 600 400 200 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Axil kN

31

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Diseño Estático Mediante Elementos Finitos

32

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

Diseño Estático Mediante Elementos Finitos

33

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Diseño Estático Mediante Elementos Finitos

34

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Diseño Estático Mediante Elementos Finitos 1 ELEMENT SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 AXIL (NOAVG) DMX =2302 SMN =-89766 SMX =154000

MN

JUL 3 2006 20:50:52

Y Z

-89766

-35595 -62680

18575 -8510

X

MX

72745 45660

126915 99830

154000

35

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Diseño Estático Mediante Elementos Finitos 1 NODAL SOLUTION JUL 4 2006 13:52:48

STEP=1 SUB =1 TIME=1 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2302 SMN =-2300 SMX =131.403

MX

MN

Y X

-2300

-1760 -2030

Z

-1219 -1490

-679.065 -949.221

-138.753 -408.909

131.403

36

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA ANÁLISIS DINÁMICO MEDIANTE MÉTODOS NUMÉRICOS

x u u1  (u 2 u1 ) L

Desplazamientos

x uu u  1  (u 2  1) L

Velocidades

(uu 1)  2 t L

N s

n 1

u 1

 ij

2

Deformación Incremental

n 1

N AE  n

t

n 1

2 G  ij

2

2

L tc  c

Fuerza Normal Tipo de Material Paso de tiempo

37

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

38

5. DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

39

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Diseño Dinámico Mediante Elementos Finitos ESFUERZO GENERADO SEGÚN EL TIEMPO DE APLICACIÓN DE LA DEFORMACIÓN

45000 40000 35000

FU E R ZA ( N )

30000 25000 20000 15000 10000 5000 0

0

1 0.5 segundos

2 0.2 segundos

3 1.0 segundos

4 5.0 segundos

5 TIEMPO ( S )

40

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

41

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Diseño Dinámico Mediante Elementos Finitos

42

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

43

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

44

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

45

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA Relación Energía - Comportamiento Ajustada Pantalla Cantabra - Isostop

SECUENCIALIDAD DE FUNCIONAMIENTO

A1

LS LI C2

M B2

B1

Fuerza sobre los c ables (kN )

A2

250

200

150

100

50

C1 0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Energía aplicada en la pantalla kJ cable central s uperior Cables al monte Logarítmica (cable central superior)

Cable Inferior Logarítm ica (Cable Inferior) Logarítm ica (Cables al m onte)

46

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA SECUENCIALIDAD DE FUNCIONAMIENTO ESFUERZOS SOBRE LOS CABLES DE UNA PANTALLA Fuerza Soportada en diferentes casos kN Tiempo impacto (s)

10

1

0.5

0.2

Desplazamiento (mm)

2000

2000

2000

2000

500

B1

Cable

C1

78

151

300

310

B1

88

260

500

500

C1

30

100

105

120

A2

78

200

260

270

B2

77

140

190

198

C2

5

10

12

15

LS

115

270

405

410

LI

77

140

195

200

M

22

40

45

52

Fuerza (kN )

400

A1

Energía de impacto (kJ)

A1

A2 B2 C2

300

LS LI M

200

100

0 0

1

1.5

2

2.5

Tiempo (s)

150 kJ

Desplazamiento (mm)

1823

Cable

Fuerza Resistida (kN)

Fuerza Admisible FS=1.2 (kN)

Diámetro Comercial

Utilizado en obra

A1

105

126

16

22

B1

174

209

20

22

C1

38

46

10

22

A2

97

116

16

22

B2

71

85

13

22

C2

8

10

5

22

LS

153

184

20

22

LI

71

85

13

22

M

22

26

7

8

Observaciones

0.5

Di ámetros comerciales de Cable 6x19 DIN 3060 CASA Ñ COLOMAN

47

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA SECUENCIALIDAD DE FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTODELOSELEMENTOSDEUNAPANTALLA 150

IMPACTO 100

MALLA 10

140 150 100

15

CABLEINFERIOR

140 150 140 150 120

160

90

20

180 120

40

0

Resistencia Máxima

60

20

FRENO

Elástico

90

20

ANCLAJES

Activación

100

CABLESUPERIOR 12

POSTE

Esfuerzo

130 40

60

200 80

100

120

140

160

180

200

220

240

EnergíaAplicada(kJ)

48

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA DISEÑO DE LAS PARTES

49

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA DISEÑO DE LAS PARTES

50

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA DISEÑO DE LAS PARTES

51

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

1

1.2

1.5

1.8

2.0

2.5

3.0

4.0

FACTORES DE SEGURIDAD

RESISTENCIA DE CADA COMPONENTE Y SU NIVEL DE SERVICIO

220 200

VIDA ÚTIL

RESISTENCIA (k N)

180 160 140

FRENO

120

CABLE NS FRENO

100

NS CABLE

80

POSTE NS POSTE

60 40 20 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

AÑOS

52

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA METODOLOG ÍA EMPLEADA

FUNCIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE UNA PANTALLA 150

IMPACTO

100

10

MALLA

140 150 100

Esfuerzo Activación

15

CABLE INFERIOR

140 150

Elástico Resistencia Máxima

100 12

CABLE SUPERIOR

140 150 90 20

POSTE

120

160

60 20

ANCLAJES

90

180 120

40

FRENO

130 200

0

1

20

1.2

40

60

1.5

1.8

80

100

2.0

2.5

120

140

3.0

160

180

200

220

Energía Aplicada (kJ)

4.0

RESISTENCIA DE CADA COMPONENTE Y SU NIVEL DE SERVICIO

220 200

R ESISTEN CIA (kN)

180 160 140

FRENO

120

CABLE NS FRENO

100

NS CABLE

80

POSTE NS POSTE

60 40 20 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

AÑOS

53

7. CONCLUSIONES APORTES T AMA Ñ O BLO BL OQU QU E

•

Volu men > 0.03 Volumen 0.03 m

Se ha propuesto un nuevo esquema para la elección del sistema de protección contra la caída de rocas.

•

Se ha desarrollado por primera vez una metodología para el análisis de la vida útil de estos sistemas.

•

Se ha solucionado la incertidumbre del valor de deformación unitaria de la malla en el Diseño por Deformación.

•

Se ha solucionado el problema de la incertidumbre del valor de la cantidad de diagonales involucradas en el impacto de la malla para el Diseño por Trayectoria de Tensiones.

•

< 11 evento e vento

semanal semanal

semanal semanal

Dispersi ó n sobre

Dispersi n sob re ó

Dispersi el r ea d e ó á naporte sobre

Dispersi á el rea óde n aporte sobre

el á re a de aporte

el á rea d e ap orte

el á r ea d e aporte

> 20 %

< 20 %

> 20 %

< 20 %

> 20 % > 20 %

ída

> 11 evento e vento

semanal seman al

Dispersió n sobre

Di sp ersi ó n sobre Di spersi el r ea de ó á naporte sobre el á r ea de aporte

< 20 %

> 20 %

< 20 %

> 20 %

< 20 %

> 20 %

< 20 %

> 20 %

< 20 % < 20 % •

•F also se produzca F also tú tú nelun nel para que

•P antallas de alta e nerg din ía m icas á micas

recorrido se produzca por encima un

de alta e nerg í localmente

de el. recorrido de el. por encima

local •D isipad mente ores

•M uros •

• Zanj a con mantenimiento.

a

•

•Pu rga s. •

•Pe rfila do Perfilad o

•

•Precorte Precorte

•P urga

Red de cables een n toda la di ná m ica.

ene rg ía.

Cambio de ubicaci ó n.

•Cune tas

í nea •L ínea de pantalla

•

F also tú tú nel en longi tud.

e xtensió extensió di ná mi can,. má sá ppantal antal la

220

1.8

•Forestacici ó Foresta n •Gunitado Gunitado

Malla Ma lla Colgada de trip tri ple le con mantenimiento alto.

•P antalla Pantalla din din micamide á ca baja de baja

Cunetas

eneen rg erg ía con ía con mallmal a triple la triple torsi torsió n . n.

•M alla Mall Colg a Col ada gada d e triple d e triple to rsitorsió n

torrsi to con sió nmantenimiento ó de resistenci resisten ci aalto al ta.

1.5

• •

•

•

di ná ene m rgi caía mica .de alta de alta

1.2

Purgas.

mantenimiento. Pantal la de ba ja e nerg ía

• con con Pantal manteni manteni la de mi ento. bmi aja ento. e nerg ía

•Disipa dores

Muros

•

•

2.0

2.5

concon manteni manten mi ento imi ento bajo. bajo .

3.0

4.0

RESISTENCIA DE CADA COMPONENTE Y SU NIVEL DE SERVICIO

200

RESISTENCI A( k N)

Se ha desarrollado por primera vez una metodología para el análisis de los factores de seguridad de la pantalla.

Recurre nci Recurren ci a de ca

< 1 1 evento evento semanal

180 160 140

FRENO CABLE

120

NS FRENO NS CABLE

100 80

POSTE NS POSTE

60 40 20 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

B`

L5

18

B

A

Se ha propuesto una metodología para la simulación estática de los ensayos de las redes de cable, mediante curvas de aproximación y elementos finitos, que resuelve la incertidumbre de las tensiones de los cables de la red ensayada .

54

20

AÑOS

C

7. CONCLUSIONES APORTES

• Se ha propuesto una metodología de diseño estática mediante el método de elementos finitos la cual obtiene por primera vez, todos los esfuerzos que se producen en la pantalla bajo carga controlada.

UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2302 SMN =-2300 SMX =131.403

MX

MN

Y X

Z

• Se ha propuesto una metodología de diseño dinámica mediante el método de elementos finitos la cual obtiene por primera vez, todos los esfuerzos que se producen en la pantalla bajo carga dinámica. • Se ha propuesto una fórmula para el cálculo de la resistencia de la pantalla mediante los ensayos in situ, con el objetivo de comparar ensayos • Se ha creado y propuesto una metodología para conocer el comportamiento secuencial de la pantalla en cada una de sus partes.

Re sistenciade campo A B CDE· F ResistenciaReal  FS

FUNCIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE UNA PANTALLA 1 50

IMPACTO 100

MALLA

10 140 1 50

Esfuerzo

100

CABLE INFERIOR

15

140 1 50

Activación Elástico

100 12

CABLE SUPERIOR

Resistencia Máxima

140 1 50 90

POSTE

20 120 160 60

ANCLAJES

20

90 180 120 40

FRENO

130 200

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Energía Aplicada (kJ)

• Se ha mejorado la metodología para el diseño de las piezas de la instrumentación de las pantallas y redes, en cuanto a conocer el ruido en a señal del instrumental, y del diseño de la pieza.

55