CUBIERTAS PROTECTORAS PARA IMPACTO DE CAÍDOS DE ROCA (Túneles Falsos)

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Belén Cárdenas Espejo
hace 5 años
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1 XIII JORNADAS GEOTECNICAS DE LA INGENIERIA COLOMBIANA CUBIERTAS PROTECTORAS PARA IMPACTO DE CAÍDOS DE ROCA (Túneles Falsos) JAIME SUAREZ DIAZ UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Bucaramanga - Colombia

2 La tecnología a de las cubiertas protectoras se inició en Europa entre 1920 y 1930 para proteger los ferrocarriles y vias contra las avalanchas de nieve

3 Después s de 1970 la tecnología a de las cubiertas protectoras se extendió al manejo de deslizamientos de tierra Corea del sur Noruega

4 El diseño o consistía a en diseñar una estructura para resistir la carga correspondiente a una determinada altura de suelo W

5 En los últimos 20 años a su uso se ha extendido a la protección n contra los caidos de roca Riesgo : Vida de personas. Daño o de vehiculos Interrupción n del tránsito

6 Cómo se diseña a una cubierta para el impacto de caídos de roca? Túnel Falso via Bucaramanga - Barrancabermeja

7 Elementos que constituyen la cubierta protectora Colchón n amortiguador Contención del colchón Manejo del talud detrás s de la estructura Estructura de soporte Cimentación

8 Se requiere determinar el tamaño o del bloque de diseño

9 La altura de caída y el ángulo de impacto

10 Análisis de los patrones estructurales del macizo rocoso para determinar : Probabilidad de ocurrencia de caidos Tamaño de bloque Altura de caida Mecanismo de caida

11 Levantamiento detallado de la estructura de la roca del macizo?

12 Se requiere el trabajo conjunto del geólogo y del geotecnista Geólogo

13 2 1 3 El análisis de la estructura permitió determinar que el tamaño o máximo m de bloque independiente tiene un volumen de aprox. 100 m3 y la altura de caída máxima m de este bloque es de hasta 50 mts.

14 Análisis histórico

15 Fecha Tamaño bloques de roca Agosto *1.7*1.1 (4.5 m3) 2*1.4*1.3 (3.6 m3) 2.6*1.4*0.7 (2.5 m3) 2.3*1.1*0.9 (2.3 m2) 1.6*1.4*1 (2.2 m3) 1.6*1.25*1.1 (2.2 m3) 2.9*1.4*0.45 (1.8 m3) 1.9*1.3*0.7 (1.7 m3) 2.1*1.05*0.6 (1.3 m3) 1.4*1.1*0.7 (1.1 m3) 1*1*1 (1.0 m3) Marzo *5.3*2.4 (114.5 m3) 8.3*5*2.4 (99.6 m3) 4.9*4.7*3 (69.1 m3) 7.4*4.3*1.8 (57.3 m3) 4.7*2.1*1.3 (.8 m3) 3*1.9*1.8 (10.3 m3) 4.1*1.6*1.5 (9.8 m3) 4.8*2.2*0.9 (9.5 m3) 2.7*2.5*1.3 (8.8 m3) 2.5*1.6*1.6 (6.4 m3) 1*3.1*1.9 (5.9 m3) 1.9*1.8*1.5 (5.1 m3) 2.2*2.1*1.1 (5.1 m3) 2.4*1.6*1.3 (5.0 m3) 1.9*1.9*1.3 (4.7 m3) 2.3*1.9*0.9 (3.9 m3) 2.2*1.5*1.1 (3.6 m3) 1.6*1.6*1.4 (3.6 m3) 2.5*1.5*0.9 (3.4 m3) 2.2*1.9*0.8 (3.3 m3) 2.5*1.2*1.1 (3.3 m3) 2*1.9*0.8 (3.0 m3) 3.24*0.9*0.9 (2.6 m3) 2*1.3*1 (2.6 m3) 2.3*1.5* m3) 1.5*1.3*1.2 (2.3 m3) 2.1*1.1*1 (2.3 m3) 2.5*1.5*0.6 (2.3 m3) 1.5*1.2*1.1 (2.0 m3) 1.5*1*1 1.5 m3) 2.1*1.1*0.7 (1.6 m3) 2.2*1*0.7 (1.5 m3) 2.3*1.1*0.6 (1.5 m3)

16 Tamaño del bloque de diseño

17 Tamaño del bloque de diseño Se determinó un bloque de diseño o de 100m3 con altura de caida libre de 50 metros

18 Túneles falsos Adicionalmente se puede requerir un estudio de dinámica de rocas

19 Factores que afectan la fuerza dinámica de la roca sobre la protección La fuerza dinámica de los bloques sobre la protección depende de las siguientes características (Descoeudres y otros, 1997): 1. El peso y forma de bloque, su altura de caída y ángulo de impacto. 2. Las características del material de la cubierta, tipo de material, espesor y grado de compactación. 3. Las características de la estructura especialmente la rigidez.

20 Objetivos del material amortiguador 1: Absorber la energía a por compresión 2. Dispersar la energía a puntual de impacto, en tal forma que se transmita a la estructura sobre un área relativamente grande. 3. Permanecer intacto después s del impacto, en tal forma que no se requiera reemplazarlo.

21 Efectividad del material 1. Capacidad de amortiguación n del golpe 2. Diferencia entre la fuerza de impacto producida por el caído de roca y la fuerza transmitida que debe ser absorbida por la estructura de concreto armado

22 Materiales Grava Arena Arcilla Llantas de caucho Espumas plásticas sintéticas. ticas.

23 Utilización n de materiales de alta deformabilidad

24 Alternativas analizadas : Arena Arcillosa Grava arenosa

27 Fuerza de impacto Ecuación n de Montani Stoffel ( 1998 ) Facc = 1.33 exp( R /1.5e) M 1/ 3 (tanφ) 0.2 E 2 / 3 Donde Facc = Fuerza de aceleración R = Radio de bloque e = Espesor de la capa protectora de suelo M = Módulo M elástico de la capa protectora de suelo φ = Angulo de fricción n de la capa protectora de suelo E = Energía a potencial del bloque sobre la capa de suelo

28 Otras expresiones para calcular la fuerza de impacto La firma suiza Ernst Basler + Partners Ltd., utiliza la siguiente fórmula: F = 2.8 e 0.5 R 0.7 M 0.4 E tan φ m v Esta expresión n da valores de fuerza significativamente menores a los obtenidos con la fórmula f de Montani Stoffel.

29 Penetración del bloque dentro de la protección Montani Sotffel : d = 1.5 exp( R /1.5e)( E / Facc ) Ernst Basler + Partners Ltd. d = m v F 2

30 Túnel falso Cerro de San Pablo, carretera Bucaramanga Barrancabermeja. Altura de caída = 50 m Bloque de 100 m3 Tipo de suelo = arena limosa Tamaño del bloque (m 3 ) Fuerza de impacto (Ton)

31 Espesor de la capa de amortiguación

34 Modelo de elementos finitos Carga seudosestática tica de 6150 toneladas Programa : Plaxis

35 Resultados del modelo

36 Resultados del modelo

37 Disipación n de esfuerzos a través s del relleno : Valor superior: 408KN/m2. Valor inferior: 100 KN/m2.

38 Diseño o de la viga superior de soporte

40 Pórticos

42 Cimentación Vigas corridas transversales a la vía, las cuales cumplen la doble función n de cimentación n y de cerrar el pórtico p estructural.

43 Adecuación n del área detrás s de la estructura

44 Adecuación n del área detrás s de la estructura Y de la cimentación

45 Via Bogotá - Villavicencio

46 Junta de icopor entre la estructura y el concreto ciclópeo para garantizar la independencia y flexibilidad de la estructura que facilite la amortiguación n del impacto

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