PANTALLAS DINÁMICAS PARA LA DISIPACIÓN DE IMPACTOS DE ... · 1 luis lópez quijada pantallas dinÁmicas para la disipaciÓn de impactos de caÍda de rocas. ciclo de conferencias

1

Luis LLuis Lóópez Quijadapez Quijada

PANTALLAS DINÁMICAS PARA LA DISIPACIÓN DE IMPACTOSDE CAÍDA DE ROCAS.

CICLO DE CONFERENCIAS GRUPO DE GEOTECNIA PUCV.CICLO DE CONFERENCIAS GRUPO DE GEOTECNIA PUCV.

PRIMERA JORNADA 2007

2

1. INTRODUCCION

3

•Gunitado. Atenuadores.

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

1. INTRODUCCION

4

Loadings on Rockfall Protection Sheds (in German 1998)

1 10 100 1000 10000 100000

Capacidad de Absorción de Energía (kJ)

Muros Rígidos

Sistemas de Cables de Acero

Galerías de Hormigón

Zanjas

Presas Reforzadas

1 10 100 1000 10000 100000

Capacidad de Absorción de Energía (kJ)

Muros Rígidos

Sistemas de Cables de Acero

Galerías de Hormigón

Zanjas

Presas Reforzadas

ELECCIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN.

1. INTRODUCCION

5

• Purgas.• Perfilado

• Precorte• Forestaci ón• Gunitado

• Purgas.• Perfilado• Precorte

• Forestación• Gunitado

TAMAÑO BLOQUETAMAÑO BLOQUE

Volumen < 0.03 m3Volumen < 0.03 m3

Recurrencia de caídaRecurrencia de caída

< 1 eventosemanal

< 1 eventosemanal

> 1 eventosemanal

> 1 eventosemanal

Dispersión sobreel área de aporte


< 20 %< 20 %> 20 %> 20 %

• Malla Colgada de tripletorsión de resistencia altacon mantenimiento alto.

• Cunetas

• Malla Colgada de tripletorsión de resistencia altacon mantenimiento alto.

• Cunetas

• Zanja conmantenimiento.

• Pantalla de baja energíacon mantenimiento.

• Zanja conmantenimiento.

• Pantalla de baja energíacon mantenimiento.

< 20 %< 20 %> 20 %> 20 %

• Malla Colgada de triple torsióncon mantenimiento bajo.

• Pantalla dinámica de bajaenergía con malla triple torsi ón.

• Malla Colgada de triple torsióncon mantenimiento bajo.

• Pantalla dinámica de bajaenergía con malla triple torsión.



Volumen > 0.03 m3Volumen > 0.03 m3

Recurrencia de caídaRecurrencia de caída

< 1 eventosemanal

< 1 eventosemanal

> 1 eventosemanal

> 1 eventosemanal



< 20 %< 20 %> 20 %> 20 %

• Red de cables en toda laextensión, más pantalladinámica.

• Cambio de ubicación.

• Falso túnel en longitud.

• Red de cables en toda laextensión, más pantalladinámica.

• Cambio de ubicación.

• Falso túnel en longitud.

• Falso túnel para quese produzca unrecorrido por encimade el.

• Muros


• Muros

< 20 %< 20 %> 20 %> 20 %

• Línea de pantalladinámica de altaenergía.

• Cunetas

• Línea de pantalladinámica de altaenergía.

• Cunetas

• Pantallas dinámicasde alta energíalocalmente

• Disipadores

• Purga

• Pantallas dinámicasde alta energíalocalmente

• Disipadores

• Purga



ELECCIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN.

1. INTRODUCCION

6

2. ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN.

Clasificación Energía kJ Energía ft-ton Altura-f Altura-m

1 12,5 4,6 7.0 f 2,15 m2 50 18,45 7.0 f 2,15 m3 200 73,8 8.7 f 2,65 m4 500 184,5 11.0 f 3,35 m5 1000 369 12.6 f 3,85 m6 1500 553,5 14.5 f 4,45 m7 2000 738 14.9 f 4,55 m8 3000 1107 17.8 f 5,45 m9 5000 1845 24.4 f 7,45 m

Pantallas DinámicasPantallas Dinámicas

CLASES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA CAÍDA DE ROCAS

Clasificación del nivel de energía 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Energía (kJ) - 85 170 330 500 660 1000 1500 > 1500

Clasificación según la EOTA [Ref.8].

Clasificación de las pantallas según energía según la French Standard 95- 308

Clasificación de pantallas según energías de disipación [Ref.55].

Tipo de Pantalla Energía de Trabajo(kJ)

Energía de Rotura(kJ)

Muy Baja <20 50

Baja 20-10 150

Media 100-250 300

Alta 250-1000 1500

Muy Alta 1000-2350 2500

• 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.

7


Tipos Genéricos De Pantallas Dinámicas.

8

to

t1

Hto

t1

H

gmHvmE ttotalOblique 2)( 02

1


H

t0

t1

H

t0

t1

gmHvmE ttotalvertical 2

)( 021

Configuración De Ensayos Sobre Barreras.

• No se toma en cuenta la velocidadrotacional.

• La máxima tensión resulta con losensayos en los paneles de los costados

Ensayo inclinadoDesplazamiento de la Pantalla versus Energía

R2 = 0.7358

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250

Energía (kJ)

Desp

laza

mie

nto

(m)

Energía aplicada versus Tiempo Detención

R2= 0.3355

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Energía (kJ)

Tie

mp

oD

ete

nci

ón

de

Ro

ca

9

3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS.

INVESTIGACIONES REALIZADAS SOBRE MOVIMIENTOS.

0.6Otros

0.3Descomposición del suelo

0.3Vibraciones de camiones

0.3Animales salvajes

1Raíces de árboles

1Erosión Diferencial

2Animales excavadores

5Fractura planar adversa

7Escorrentía por canales

8Motonieves

12Viento

12Roca Fracturada

21Hielo Deshielo

30Lluvia

Porcentaje del TotalCausa

0.6Otros

0.3Descomposición del suelo

0.3Vibraciones de camiones

0.3Animales salvajes

1Raíces de árboles

1Erosión Diferencial

2Animales excavadores

5Fractura planar adversa

7Escorrentía por canales

8Motonieves

12Viento

12Roca Fracturada

21Hielo Deshielo

30Lluvia

Porcentaje del TotalCausa

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

10


VALORES DEL RMR (BIENIAWSKI, 1979)PARÁMETROS INTERVALO DE VALORES (Mpa)

1Resistencia de la

roca intacta acompresión simple

>250 100 - 250 50 - 100 25 - 50 5-25 1-5 <1

Valoración 15 12 7 4 2 1 02 RQD % 90-100 75-90 50-75 25-50 <25

Valoración 20 17 13 8 3

3 Separación entrejuntas (cm) > 200 60 - 200 20 - 60 6 - 20 < 6


4 Condición de lasJuntas

Muy rugosas, Nocontinuas,

Cerradas, BordesSanos y duros

Algo rugosasseparación <1 mm

Bordes algometeorizados

Algo rugosasseparación <1 mm

Bordes algometeorizados

Espejos de falla orelleno <5mm oseparación 1 -5mm Continuas

Relleno blando> 5 mm o

separación >5mm Continuas


5 Flujo de agua en lasjuntas Secas 0,0 Ligeramente

húmedas 0,0-0,1 Húmedas 0,1-0,2 Goteando 0,2-0,5 Fluyendo 0,5

Valoración 15 10 7 4 0CLASIFICACIÓN

Puntuación 100 - 81 80 - 61 60 - 41 40 - 21 < 20Clase I II III IV V

Calidad Muy Buena Buena Media Mala Muy MalaTiempo de

Mantenimiento10 años con

15 m de vano6 meses con8 m de vano

1 semana con5 m de vano

10 horas con2,5 m de vano

30 minutos con1 m de vano

Cohesión > 4 kg/cm2 3-4 kg/cm2 2-3 kg/cm2 1-2 kg/cm2 < 1 kg/cm 2

Angulo derozamiento > 45º 35º-45º 25º-35º 15º-25º < 15º

CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE LAS POSIBLES ROCAS INESTABLES.

11

Pendientedel talud

Alturadel

taludH (m)

Anchode la

cunetaA (m)

Profundidad de

cunetaD (m)

Esquema

Cercano alvertical > 1:4

(80º -90º)

5 – 10 4 1

10 – 20 5 1,2

> 20 6 1,2

1 : 4 a 1 : 315º

5-10 4 1

10-20 5 1,2

20-30 6 2 *

>30 8 2 *

1 : 265 º

5 - 10 4 1,2

10 - 20 5 2 *

20 - 30 6 2 *

> 30 8 2,5 *

3 : 455º

0 -10 4 1

10 - 20 5 1,2

> 20 5 2 *

1 : 145º

0 – 10 4 1

10 – 20 4 1,5

> 20 5 2 *

A

D

H

A

D

H


FORMAS DE CAÍDA

12

PASO ENTRADA ECUACIÓN UTILIZADA RESULTADO

1 V1,a Vn1 = V1 senVt1 = V1 cos

Vn1Vt1

2 S,R )(tan 1max R

S max

3 M 2·52

RMI zz I

4 Rt, 1 2.120

1)(

211

RV

RRFf

t

tt

)(Ff

5 Rn 1250

2

1

n

n

t

RV

RSF

SF

6

2

21

21

2

2

)·(·MRI

SFFfMVIRV tt

Vt2

7R

Vt 22 2

8 2

1

12

301

·

n

nnn

V

RVV

Vn2

9 22

222 tn VVV V2


ALGORITMO DE CÁLCULO

Vn

Rt

V

Vt

Rnθ

ROCA

Vn

Rt

V

Vt

Rnθ

ROCA

22

22

21

21 ··

21··

21)(···

21··

21

tt VMISFFfVMI

13


ENERGÍA CINÉTICA DE UNA ROCACAYENDO SOBRE UN TALUD DE 40º

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

LONGITUD (m)

EN

ER

GÍA

CIN

ÉTIC

A(k

J)

50%

75%90%95%98%

ALTURA DE REBOTE DE UNA ROCASOBRE UN TALUD DE 40º

0

5

10

15

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

LONGITUD (m)

ALT

UR

AD

ER

EB

OTE

(m)

50%

75%90%95%98%

14


ENERGÍA CINÉTICA DE UNA ROCACAYENDO SOBRE UN TALUD DE 45º

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

LONGITUD (m)

EN

ER

GÍA

CIN

ÉT

ICA

(kJ

) 50%

75%90%

95%98%


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

LONGITUD (m)

ALT

UR

AD

ER

EB

OT

E(m

)

50%

75%

90%

95%

98%

15

3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS.ENERGÍA CINÉTICA DE UNA ROCA

CAYENDO SOBRE UN TALUD DE 35º

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

LONGITUD (m)

EN

ER

GÍA

CIN

ÉTI

CA

(kJ

)

50%

75%

90%

95%

98%


0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

LONGITUD (m)

AL

TU

RA

DE

RE

BO

TE

(m)

50%

75%

90%

95%

98%

16

Elemento Características Fecha Ensayo Muestras LugarRed 4 m2 , 8mm, 283 mm 1 Agosto 2003 Carga Concentrada 4 UnicanRed 4 m2 , 8mm, 283 mm 1 Agosto 2003 Carga Repartida 4 Unican

Grapa Tubosider 1 Agosto 2003 Corte 4 UnicanGrapa Geobrugg 1 Agosto 2003 Corte 4 UnicanGrapa MTC-Z 1 Agosto 2003 Corte 4 UnicanGrapa MTC-N 1 Agosto 2003 Corte 4 UnicanGrapa Tubosider 1 Agosto 2003 Deslizamiento 4 UnicanGrapa Geobrugg 1 Agosto 2003 Deslizamiento 4 UnicanGrapa MTC-Z 1 Agosto 2003 Deslizamiento 4 UnicanGrapa MTC-N 1 Agosto 2003 Deslizamiento 4 UnicanRed 5 m2 , 8mm, 250 mm 16 Marzo 2004 Carga Concentrada 4 UnicanRed 4.5 m2 , 8mm, 200 mm 16 Marzo 2004 Carga Concentrada 4 UnicanRed 5 m2 , 8mm, 250 mm 16 Marzo 2004 Carga Repartida 4 UnicanRed 4.5 m2 , 8mm, 200 mm 16 Marzo 2004 Carga Repartida 4 Unican

Grapa Tipo MTC, 10 mm 3 Diciembre 2004 Deslizamiento 4 UnicanGrapa Tipo MTC, 10 mm 3 Diciembre 2004 Corte 4 UnicanCable Tipo MTC, 10 mm 3 Diciembre 2004 Tracción 4 UnicanRed 6 m2, 10 mm, 300 mm 9 Diciembre 2004 Carga Concentrada 4 UnicanRed 6 m2, 10 mm, 300 mm 9 Diciembre 2004 Carga Repartida 4 Unican

Freno Geobrugg 19 Abril 2005 Tracción 2 BezabalaFreno MTC 19 Abril 2005 Tracción 2 BezabalaFreno 120 7 Julio 2005 Rotura, tiro directo 1 InducableFreno 160, 100 kN 7 Julio 2005 Rotura, tiro directo 1 InducableFreno 160, 100 kN, rotura 7 Julio 2005 Rotura, tiro directo 1 InducableFreno 120, 30/90 kN, rotura 7 Julio 2005 Rotura, tiro directo 1 InducableFreno 120, 30 kN, rotura 7 Julio 2005 Rotura, tiro directo 1 InducableFreno Tubosider 7 Julio 2005 Rotura, tiro directo 1 InducableFreno Tubosider, 50 kN 7 Julio 2005 Rotura, tiro directo 1 InducableFreno Tubosider, 20 kN 7 Julio 2005 Rotura, tiro directo 1 InducableCable 16 mm 6x19+1 23 Septiembre 2005 Rotura 1 InducableCable 8 mm Inducable 28 Octubre 2005 Tracción 2 UnicanCable 8 mm Bezabala 28 Octubre 2005 Tracción 2 UnicanCable 10 mm Bezabala 28 Octubre 2005 Tracción 2 UnicanCable 16 mm Inducable 28 Octubre 2005 Tracción 2 Unican

Frenos 120 bares MTC 13 Octubre 2006 Tracción 3 BezabalaFrenos 140 bares MTC 13 Octubre 2006 Tracción 3 BezabalaFrenos 160 bares MTC 13 Octubre 2006 Tracción 3 BezabalaFrenos - 13 Octubre 2006 Tracción 4 Bezabala

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS

Resumen deensayos

realizados

ENSAYODiámetro del cable

mmCuadrícula

mmPañom2 Deformación Rotura mm

Carga RoturakN

Carga Rotura Unitaria.kN/m2

Carga Puntual 10 300 6 174 159.1 26.5Carga Puntual 8 283 4 211.1 93.5 23.4Carga Puntual 8 250 5 175.2 114.4 22.9Carga Puntual 8 200 4.5 180.9 136.0 30.2

Carga Repartida 10 300 6 150 366.1 61.0Carga Repartida 8 283 4 266.7 183.4 45.8Carga Repartida 8 250 5 144.3 209.2 41.8Carga Repartida 8 200 4.5 152 290.7 64.6


ENSAYOS DE LAS REDES

18


ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS DE LAS MALLAS.

Ensayo Esfuerzo - DesplazamientoCables 8 mm, Carga Concentrada, 283 mm

Curva Editada

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 50 100 150 200Desplazamiento (mm)

Ma

sa(t

)

Ensayo Esfuerzo - DesplazamientoCables 8 mm, Carga Concentrada, 283 mm

Curva de Ajuste Final

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180Desplazamiento (mm)

Mas

a(t)

Curvas de Regresión de distintas cuadriculas

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

Deformación (mm)

Car

ga(t

)

200 250 283 Serie4

Relación entre la Cuadricula y la ResistenciaMallas de 8 mm ensayadas

Regresion de la carga de falla

y = -0.0594x + 25.647R2 = 0.8853

8

9

10

11

12

13

14

15

190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290

Cuadricula (mm)

Res

iste

nci

a(t

on)

Serie1 Lineal (Serie1)

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

y = -0.0000015x + 0.0007308R2 = 0.8911533

0.00028

0.0003

0.00032

0.00034

0.00036

0.00038

0.0004

0.00042

0.00044

190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290

Coeficiente

Cu

adr

icu

la

647.250594.0max GL2)00073.00000015.0( DGL

19

Gráfico Carga - DeformaciónDiferentes diámetros

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1 2 3 4 5

Deformación (%)

Car

ga

Ap

lica

da

(kN

)

8 mm Inducable8 mm Inducable8 mm Bezabala8 mm Bezabala10 mm Bezabala10 mm Bezabala16 mm Inducable16 mm Inducableansys 8

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


ENSAYOS DEL CABLE

20

Ensayo de Deslizamiento

y = -0.0598x2 + 1.9215x - 0.4047

R2 = 0.9908

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

def (mm )

Fue

rza

(k

N)

Curva de regresión ensayo de deslizamiento

y = -0.0598x2

+ 1.9215x - 0.4047R 2 = 0.9908

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

deformación (mm )

Fu

erza

(kN

)

Ensayo de CorteGrapas cable de 10 mm

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Deformación ( mm )

Fue

rza

(k

N)

Ensayo de CorteGrapa cable de 10 mm

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

R2 = 0.9891

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Deformación (mm)

Fue

rza

(kN

)

Ensayo de CorteGrapa Cable de 10 mm

y = -0.0585x2 + 3.8146x - 47.725R2 = 0.9921

0

2

4

6

8

10

12

14

16

15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

Deformación (mm)

Fu

erza

(k

N)


ENSAYOS DE LA UNIÓN ENTRE EL CABLE Y LAS GRAPAS

21

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ConfiguraciónPuente

Tipo deGalga

Galga Activa/ohms

GalgaPasiva

Resistencia /ohms

Excitació nvoltios

FiltroHz

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 1


INSTRUMENTACIÓN DE LOS DISIPADORES

22


INSTRUMENTACIÓN DELOS DISIPADORES

23


INSTRUMENTACIÓN DE LOS DISIPADORES

24

DISIPADOR IBEROTALUDGráfico Fuerza - Desplazamiento

0

20

40

60

80

100

120

140

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Desplazamiento [mm]F

uer

za

[kN

]

160 bares

140 bares

120 bares


GRÁFICOS ESFUERZO-DESPLAZAMIENTODISIPADORES IBEROTALUD

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

DESPLAZAMIENTO(m)

120bar 140bar 160bar 200 bar TUBOSIDER

DISIPADOR IBEROTALUDGráfico Fuerza - Desplazamiento

0

20

40

60

80

100

120

140

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Desplazamiento [mm]

Fue

rza

[kN

]

160 bares

140 bares

120 bares

25

LcableTotal ·

Poste Poste

b

a

5 m 5 m

Poste Poste

b

a

5 m 5 m

mallaAreaensayoElongaciónUnitariaElongación

1.5 m

c

=d

1.5 m

c

1.5 m

c

=d

1.5 m

c

B

h/2

a

d

c

e

E

Af

g

i

j k

B

h/2

a

d

c

e

E

Af

g

i

j k

A

TAB

f

f

F

B

TAB`

B´

A

TAB

f

f

F

B

TAB`

B´

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA.

Diseño Mediante La Deformación De Rotura

C

F

TBC

TBCY

TBCXF

E

TCE

TCF

f

TAB

D

TBCZ

x

z

y

C

F

TBC

TBCY

TBCXF

E

TCE

TCF

f

TAB

D

TBCZ

x

z

y

E

C

B

B`

DA

X

5 m

1.5 m

1.5 m

TBC

TBC

F

E

C

B

B`

DA

X

5 m

1.5 m

1.5 m

TBC

TBC

F

26

TxxpiernasdenxdirecciónporxefectivascuerdasdenFuerza )cos(ºº

)(

senm

n

X Y Z

A a1 a2 a3

B b1 b2 b3

C c1 c2 c3

B` g h i

kjiA ˆ·0ˆ·0ˆ·0

X

Z A

B

C

B`C`

L1 L2 L2 L1

L3

X

Z A

B

C

B`C`

L1 L2 L2 L1

L3

X

Y

A

BC

L4L3

X

Y

A

BC

L4L3

BC

L5

B`

A

BC

L5

B`

A

kbjbibB ˆ·3ˆ·2·̂1

kcjcicC ˆ·3ˆ·2ˆ·1

kabjabiabBA ˆ)·33(ˆ)·22(ˆ)·11(

kbcjbcibcCB ˆ)·33(ˆ)·22(ˆ)·11(

kbbjbbibbBB ˆ`)·33(ˆ`)·22(ˆ`)·11(` cosºº

piernasnsdireccionecuerdasn

FTAB

0·1·1 BCbcgrupoABab TnTn

grupoABbc

abBC T

nn

T ·11

)cos(º tirantesánguloanclajesnF

TAnclajes

5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

Diseño Pseudo-Dinámico Por Trayectorias Cargas

27

FuK X

Y

ZI

J

VW

U

S

X

Y

ZI

J

VW

U

S

ANÁLISIS ESTÁTICO POR MÉTODOS NUMÉRICOS

aplicadafuerzadeVectorF

entodesplazamiVectorurigidezdeMatrizK

:::

1. Generación de la matrices de rigidez de cada elemento.

2. Transformación de la matrices de rigidez de cada elemento acoordenadas locales.

3. Ensamblaje de las matrices de rigidez en coordenadas globales

4. Reducción del sistema de ecuaciones aplicando condiciones decontorno.

5. Resolver el sistema de ecuaciones simultaneas por algún método.

6. Sustitución de los desplazamientos calculados en coordenadasglobales para encontrar las reacciones desconocidas.

7. Transformación de los desplazamientos de los elementos encoordenadas locales.

8. Calcular las fuerzas y esfuerzos mediante los desplazamientos delelemento en coordenadas locales.


28

SIMULACIÓN DE LOS ENSAYOS MEDIANTE ORDENADOR


29

ENSAYO CARGA CONCENTRADAmalla 2x2, cable 10 mm, cuadrícula 300 mm

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Deformación (mm)

Fuer

za(k

N)

Análisis De Los EnsayosSIMULACIÓN ANSYS-LABORATORIO

malla 2x2, carga puntual, cable 8 mm 283 mm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Deformación mm

Carg

aen

mal

lakN


30

DEFORMACIÓN MALLA3X10; 200 mm ; 8 mm

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 50 100 150 200 250 300

carga en pantalla kN

Def

orm

ació

nm

m

Diseño Estático MedianteElementos Finitos


31

DEFORMACIÓN MALLA3X10; 200 mm ; 8 mm

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Axil kN

Def

orm

ació

nm

m


Diseño Estático Mediante Elementos Finitos

32



33


Diseño EstáticoMediante ElementosFinitos

34



35

1

MN

MXX

Y

Z

-89766-62680

-35595-8510

1857545660

7274599830

126915154000

JUL 3 200620:50:52

ELEMENT SOLUTION

STEP=1SUB =1TIME=1AXIL (NOAVG)DMX =2302SMN =-89766SMX =154000



36

1

MN

MX

XY

Z

-2300-2030

-1760-1490

-1219-949.221

-679.065-408.909

-138.753131.403

JUL 4 200613:52:48

NODAL SOLUTION

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



37

)( 121 uuLx

uu

tL

uu )( 12

211

ntnn AENN

21

221

n

ijij Gsu

cL

tc

ANÁLISIS DINÁMICO MEDIANTE MÉTODOS NUMÉRICOS

)( 121 uuLx

uu Desplazamientos

Velocidades

Deformación Incremental

Fuerza Normal

Paso de tiempo

Tipo de Material


38


39

5. DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA

40


ESFUERZO GENERADO SEGÚN EL TIEMPO DE APLICACIÓNDE LA DEFORMACIÓN

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

0 1 2 3 4 5

TIEMPO ( S )

FU

ER

ZA

(N)

0.5 segundos 0.2 segundos 1.0 segundos 5.0 segundos

Diseño Dinámico Mediante Elementos Finitos

41


42


Diseño Dinámico Mediante Elementos Finitos

43


44


45


46

LS

A2

LI

C2

B2

A1

B1

C1

MLS

A2

LI

C2

B2

A1

B1

C1

M

Relación Energía - Comportamiento AjustadaPantalla Cantabra - Isostop

0

50

100

150

200

250

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Energía aplicada en la pantalla kJ

Fuer

zaso

bre

los

cab

les

(kN

)

cable central superior Cable InferiorCables al monte Logarítmica (Cable Inferior)Logarítmica (cable central superior) Logarítmica (Cables al monte)


SECUENCIALIDAD DE FUNCIONAMIENTO

47

Fuerza Soportada en diferentes casos kN

Tiempo impacto (s) 10 1 0.5 0.2

Desplazamiento (mm) 2000 2000 2000 2000

Cable

A1 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

ESFUERZOS SOBRE LOS CABLES DE UNA PANTALLA

0

100

200

300

400

500

0 0.5 1 1.5 2 2.5Tiempo (s)

Fue

rza

(kN

)

A1

B1

C1A2

B2C2

LS

LIM


Energía de impacto (kJ) 150 kJ

Desplazamiento (mm) 1823

Cable Fuerza Resistida(kN)

Fuerza AdmisibleFS=1.2 (kN)

DiámetroComercial

Utilizado enobra

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 Diámetros comerciales de Cable 6x19 DIN 3060 CASAÑ COLOMAN


48

FUNCIONAMIENTODELOSELEMENTOSDEUNAPANTALLA

200

180

160

150

150

150

130

90

120

140

140

140

40

20

20

12

15

10

150

120

60

90

100

100

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

FRENO

ANCLAJES

POSTE

CABLESUPERIOR

CABLEINFERIOR

MALLA

IMPACTO

EnergíaAplicada(kJ)

Esfuerzo

Activación

Elástico

ResistenciaMáxima

FUNCIONAMIENTODELOSELEMENTOSDEUNAPANTALLA

200

180

160

150

150

150

130

90

120

140

140

140

40

20

20

12

15

10

150

120

60

90

100

100

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

FRENO

ANCLAJES

POSTE

CABLESUPERIOR

CABLEINFERIOR

MALLA

IMPACTO

EnergíaAplicada(kJ)

Esfuerzo

Activación

Elástico

ResistenciaMáxima



49


DISEÑO DE LAS PARTES

50



51



52

1 1.2 2.01.5 1.8 2.5 3.0 4.01 1.2 2.01.5 1.8 2.5 3.0 4.0

RESISTENCIA DE CADA COMPONENTE Y SU NIVEL DESERVICIO

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20AÑOS

RE

SIS

TE

NC

IA(k

N)

FRENO

CABLE

NS FRENO

NS CABLE

POSTE

NS POSTE


FACTORES DESEGURIDAD

VIDA ÚTIL

53


FUNCIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE UNA PANTALLA

200

180

160

150

150

150

130

90

120

140

140

140

40

20

20

12

15

10

150

120

60

90

100

100

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

FRENO

ANCLAJES

POSTE

CABLE SUPERIOR

CABLE INFERIOR

MALLA

IMPACTO

Energía Aplicada (kJ)

EsfuerzoActivación

ElásticoResistencia Máxima

1 1.2 2.01.5 1.8 2.5 3.0 4.01 1.2 2.01.5 1.8 2.5 3.0 4.0


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20AÑOS

RE

SIS

TE

NC

IA(k

N)

FRENO

CABLENS FRENO

NS CABLE

POSTE

NS POSTE

METODOLOGÍA EMPLEADA

54

7. CONCLUSIONES

• Se ha propuesto un nuevo esquema para la elección del sistema de proteccióncontra la caída de rocas.

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

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

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

• Se ha solucionado el problema de la incertidumbre del valor de la cantidadde diagonales involucradas en el impacto de la malla para el Diseño porTrayectoria de Tensiones.

• Se ha propuesto una metodología para la simulación estática de los ensayosde las redes de cable, mediante curvas de aproximación y elementosfinitos, que resuelve la incertidumbre de las tensiones de los cables de la redensayada .

•Pu rga s.•Pe rfila do•Precorte•Forestaci ón•Gunitado

• Purgas.

• Perfilad o• Precorte• Foresta ci ón• Gunitado

TAMA ÑO BL OQUETAMA ÑO BLO QUE

Volumen < 0.03 m3Volumen < 0.03 m 3

Recurre nci a de ca ídaRecurren ci a de ca ída

< 1 e ventosemanal

< 1 eventosemanal

> 1 e ventosemanal> 1 eventosemanal

Dispersió n sobreel área d e aporte

Dispersión sob reelá rea de aporte

< 20 %< 20 %

> 20 %> 20 %

• Malla Colgada de tri pletorsión de resisten cia al tacon mantenimiento alto.

• Cunetas

• Ma lla Colgada de trip leto rsión de resistencia al tacon mantenimiento alto .

• Cunetas

• Zanj a conmantenimiento.

• Pantal la de b aja e nerg íacon manteni mi ento.

• Zanj a conmantenimiento.• Pantal la de ba ja e nergíacon manteni mi ento.

< 20 %< 20 %

> 20 %> 20 %

• Mall a Col gada d e triple torsióncon manten imi ento bajo .

• Pantalla diná mi ca de bajaen erg ía con mal la triple torsió n.

•Malla Colg ada d e triple to rsi óncon manteni mi ento bajo.•Pantalla din ámica de bajaene rg ía con mall a triple torsi ón .

Di spersi ón sobree l área de aporte

Di sp ersió n sobreel área de aporte

Volu men > 0.03 m 3Volumen > 0.03 m 3

Recu rrencia de ca ídaRecurrencia de caída

< 1 eventosemanal

< 1 eventoseman al

> 1 eventosemanal> 1 eventosemanal

Dispersi ón sobreel áre a de aporte

Dispersió n sobreel áre a de aporte

< 20 %< 20 %

> 20 %> 20 %

• Red de cables en toda lae xtensión, m ás pantal ladi námica.

• Cambio de ubicació n.• Falso túnel en longi tud.

• Red de cables e n toda laextensión, má s p antal ladi námi ca .

• Cambio de ubicació n.• Falso túnel en longi tud.


• Muros

•Falso tú nel para quese produzca unrecorrido por encimade el.•Muros

< 20 %< 20 %

> 20 %> 20 %

•L ínea de pantalladi ná mica de altaene rg ía.•Cune tas

•Lí nea de pantalladi námi ca de altaene rg ía.

•Cune tas

•Pantallas din á micasde alta e nerg í alocal mente•Disipa dores•Purga

•Pantallas din ámicasde alta e nerg íalocalmente•Disipad ores

•Purga

Dispersi ón sobreel á rea d e ap orte

Dispersi ón sobreel área d e aporte

1 1.2 2.01.5 1.8 2.5 3.0 4.01 1.2 2.01.5 1.8 2.5 3.0 4.0


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20AÑOS

RE

SIS

TE

NC

IA

(k

N)

FRENO

CABLE

NS FRENONS CABLE

POSTE

NS POSTE

BC

L5

B`

A

BC

L5

B`

A

APORTES

55

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

• Se ha propuesto una metodología de diseño dinámica mediante el métodode elementos finitos la cual obtiene por primera vez, todos los esfuerzosque se producen en la pantalla bajo carga dinámica.

• Se ha propuesto una fórmula para el cálculo de la resistencia de lapantalla mediante los ensayos in situ, con el objetivo de comparar ensayos

• Se ha creado y propuesto una metodología para conocer elcomportamiento secuencial de la pantalla en cada una de sus partes.

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

7. CONCLUSIONES

MN

MX

X

YZ

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

FSFEDCBAcampodesistencia

alsistencia·Re

ReRe

FUNCIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE UNA PANTALLA

200

180

160

1 50

1 50

1 50

130

90

120

140

140

140

40

20

20

12

15

10

1 50

120

60

90

100

100

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

FRENO

ANCLAJES

POSTE

CABLE SUPERIOR

CABLE INFERIOR

MALLA

IMPACTO

Energía Aplicada (kJ)

Esfuerzo

Activación

Elástico

Resistencia Máxima

APORTES

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PANTALLAS DINÁMICAS PARA LA DISIPACIÓN DE IMPACTOS DE ... · 1 luis lópez quijada pantallas dinÁmicas para la disipaciÓn de impactos de caÍda de rocas. ciclo de conferencias