Los sistemas contra caída de rocas son sistemas de protección cuyo fin es interceptar y frenar el trayecto de los bloques rocosos antes de que estos lleguen a dañar las estructuras de interés.
La obra de seguridad debe contar con unas características geométricas y mecánicas tales que absorban la energía cinética y de impacto de los bloques. Un ejemplo de clasificación de estos sistemas, basado en la capacidad de absorción de la energía, se presenta en la siguiente imagen.
Las barreras contra caída de rocas se pueden clasificar en rígidas y flexibles. Estas últimas se pueden instalar con o sin vientos en la parte posterior.
Los sistemas de deformabilidad limitada “rígidos” están proyectados para frenar el bloque en espacios reducidos; mientras los sistemas de alta deformabilidad “flexibles” están proyectados para disipar cantidades elevadas de energía trabajando tanto en campo plástico que elástico.
El buen funcionamiento de una barrera depende en gran parte del dimensionado de los componentes de la estructura. Los principales elementos son:
Las redes, que constituyen la estructura principal de interceptación de los bloques que, deformándose, disipan la energía cinética del impacto.
El valor disipado de la energía se puede calcular mediante la siguiente relación:
Donde:
M |
Módulo elástico; |
Af [cm2] |
área de la sección de los cables; |
Df [cm] |
diámetro de los cables; |
Al [cm] |
alargamiento máximo de los cables; |
ap [%] |
alargamiento porcentual del cable, generalmente igual a 8; |
L [cm] |
longitud total de un cable; |
Nf |
número de cables involucrados en el impacto. |
Disipadores de energía o frenos, cuyo componente principal del freno está constituido por una pletina de acero doblada alrededor de un pasador o dos barras de acero especial.
Al producirse un impacto, la pletina se desplaza alrededor del pasador, disipando por rozamiento una fracción de la energía cinética del bloque. Entran en función cuando se agota la capacidad de absorbimiento de la malla. La energía dispersada por los disipadores se puede calcular mediante la siguiente expresión:
Donde:
Ecmax-Ed |
fracción de energía cinética que no se ha disipado con la deformación de la malla; |
Lc |
longitud de la pletina; |
Nd |
número de disipadores que entran en función |
Los postes, sirven para mantener las redes desplegadas, su función estática es indispensable para el funcionamiento de la barrera. Puede suceder que la roca haga impacto contra uno de los puntales que sostienen las mallas, por lo que es necesario verificar la cantidad de energía disipada con el choque y la necesidad de preparar eventuales anclajes.
La energía cinética disipada está dada por:
con
representa la máxima fuerza absorbida por el poste en fase elástica;
|
Módulo de resistencia del acero; |
||
Sa [kg/cm2] |
Resistencia a tracción del acero; |
||
H [cm] |
Altura por fuera del suelo del puntal; |
||
Ma [kg/cm2] |
Módulo elástico del acero; |
||
Ja [cm4] |
Momento de inercia del acero |
La correspondiente máxima deformación del acero está dada por:
Suponiendo que la deformación de los postes permanezca en fase elástica, la energía cinética que absorben los anclajes estará determinada por:
Donde:
El alargamiento del cable relativo a la máxima deformación elástica del poste;
Mf [kg/cm2] |
Módulo elástico del poste; |
θ [°] |
ángulo entre anclaje y poste; |
Na |
número de anclajes solicitados. |
Pero si se toma en consideración la máxima deformación que pueden absorber los cables se obtiene:
Representa el alargamiento máximo que soporta el cable de acero;
Almax [%] |
alargamiento porcentual máximo del cable; |
Lt [cm] |
longitud total del cable. |
Para comprobar las capacidades de rendimiento de las barreras de redes contra la caída de rocas, se llevan a cabo pruebas de impacto (crash test). La directriz ETAG 027 clasifica las barreras anti caída de rocas dentro ocho diferentes clases energéticas; para cada una de las cuales se consideran dos diferentes niveles de energía.
El nivel de energía de una barrera contra la caída de rocas se define como la energía cinética de un bloque homogéneo y regular que choca contra la red de la barrera considerada.
•Nivel de energía SEL (Service Energy Level), el ensayo SEL indica la capacidad de la barrera de enfrentar eventos de caída de rocas consecutivos y en rápida sucesión.
La barrera con dicho nivel de energía debe parar completamente el bloque en el curso de dos impactos sucesivos y durante el ensayo se deben garantizar algunos estándares específicos, los cuales se citan a continuación.
La barrera pasa la prueba del SEL si respeta las siguientes condiciones:
1° lanzamiento SEL válido si
1.La barrera para el bloque;
2.No se dan roturas en los componentes de conexión (los cuales quedan conectados con las cimentaciones), ni en los postes ni en los cables. Por rotura se entiende la completa separación de la estructura en dos partes diferentes. La apertura del tejido de la red no puede ser superior a dos veces la dimensión inicial del tejido.
3.La altura residual de la barrera después del ensayo (sin quitar el bloque) es mayor que el 70% de la altura nominal
4.El bloque no toca el suelo antes de que la barrera alcance la máxima elongación durante la prueba.
2° lanzamiento SEL válido si
1.La barrera para el bloque;
2.El bloque no toca el suelo antes de que la barrera alcance la máxima elongación durante la prueba.
No se permite ningún mantenimiento entre el primero y el segundo lanzamiento SEL. La energía de impacto del nivel SEL es igual a un tercio de la del nivel MEL, el cual se describe a continuación.
•Nivel de energía MEL (Maximum Energy Level), máxima energía de interceptación garantizada por la barrera; se debe efectuar un ensayo de impacto en el curso del cual la barrera debe demostrar parar el bloque y respetar las siguientes condiciones:
1.El bloque no toca el suelo antes de que la barrera alcance la máxima elongación durante la prueba.
2.La altura residual de la barrera se debe medir y declararla de acuerdo a las siguientes clasificaciones:
a.Categoría A: altura residual ≥ 50% altura nominal
b.Categoría B: 30% de la altura nominal < altura residual < 50 % altura nominal
c.Categoría C: altura residual ≤ 30% altura nominal
3.Durante el ensayo se debe medir y declarar el alargamiento máximo de la barrera.
4.Una vez concluido el ensayo, se debe redactar una descripción detallada de los daños que presenta la barrera después del impacto.
Además de la clasificación en categorías en función de la altura residual medida, las barreras contra la caída de rocas se clasifican en función de los niveles de energía SEL y MEL de la siguiente tabla.
Nivel de energía |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
SEL (kJ) |
- |
85 |
170 |
330 |
500 |
660 |
1000 |
1500 |
>1500 |
MEL (kJ)≥ |
100 |
250 |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
3000 |
4500 |
>4500 |
En las dos figuras siguientes se indican los estándares a los que nos hemos referido en la descripción de los ensayos según la directriz ETAG 027.
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Acciones en las cimentaciones |
La energía que absorben los postes, los elementos disipadores y el sistema de cables de retención, genera esfuerzos al suelo que se deben contrastar con oportunos sistemas de cimentación de los postes y de los anclajes frontales y traseros. La directriz ETAG 027 exige que durante el ensayo, la fuerza solicitante sobre el sistema de cimentación sea medida durante todo el periodo de impacto, de manera tal que sea posible redactar un documento donde se describen las variaciones de la fuerza solicitante en función del tiempo.
Los instrumentos de medida pueden ser celdas de carga que dan una serie de lecturas al segundo, pero el dimensionado de la cimentación se lleva a cabo no solo en función de las cargas transmitidas, sino también en función de las propiedades geotécnicas del sitio. Sería oportuno, como forma de prevención, referirse siempre a las peores condiciones.
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©GEOSTRU- GeoRock 2D