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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
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.
Dispersión sobreel área de aporte
Dispersión sobreel área de aporte
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
Dispersión sobreel área de aporte
< 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
• Falso túnel para quese produzca unrecorrido por encimade el.
• 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
Dispersión sobreel área de aporte
Dispersión sobreel área de aporte
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
2. ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN.
Tipos Genéricos De Pantallas Dinámicas.
8
to
t1
Hto
t1
H
gmHvmE ttotalOblique 2)( 02
1
2. ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CONTENCIÓN.
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
3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS.
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
Valoración 20 15 10 8 5
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
Valoración 30 25 20 10 0
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
3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS.
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
3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS.
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
3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS.
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
3. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE ROCAS.
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%
ALTURA DE REBOTE DE UNA ROCASOBRE UN TALUD DE 45º
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%
ALTURA DE REBOTE DE UNA ROCASOBRE UN TALUD DE 35º
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
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
ENSAYOS DE LAS REDES
18
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
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
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
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)
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
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
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
INSTRUMENTACIÓN DE LOS DISIPADORES
22
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
INSTRUMENTACIÓN DELOS DISIPADORES
23
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
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
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS
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.
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
28
SIMULACIÓN DE LOS ENSAYOS MEDIANTE ORDENADOR
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
Diseño Estático Mediante Elementos Finitos
32
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
Diseño Estático MedianteElementos Finitos
33
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
Diseño EstáticoMediante ElementosFinitos
34
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
Diseño Estático MedianteElementos Finitos
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
Diseño Estático Mediante Elementos Finitos
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
Diseño Estático Mediante Elementos Finitos
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
38
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
39
5. DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
40
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
42
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
Diseño Dinámico Mediante Elementos Finitos
43
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
44
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
45
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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)
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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
SECUENCIALIDAD DE FUNCIONAMIENTO
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
SECUENCIALIDAD DE FUNCIONAMIENTO
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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
DISEÑO DE LAS PARTES
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
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
FACTORES DESEGURIDAD
VIDA ÚTIL
53
5.DISEÑO DE LA PANTALLA DINÁMICA
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
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
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.
• Falso túnel para quese produzca unrecorrido por encimade el.
• 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
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 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