Download Mitigación de Caida de Rocas

Rockfall Mitigation
Mitigacion de caida de rocas
- Características y medidas de prevención -
Senro Kuraoka Ph.D, PE
Nippon Koei Co. Ltd.
R&D center Tsukuba Japan
Contenidos
Ejemplo de la caída de rocas y sus características
Reconocimiento de los riesgos y peligros
Contramedidas
Medidas estructurales y medidas no estructurales
Insumos para el diseño de contramedidas
Simulación para determinar los parámetros de
entrada
Example of rockfall and characteristics
Recognition of risk and hazard
Countermeasures
Structural measures and non-structural measures
Inputs for designing barriers (fences)
Simulation to determine the input parameters
Ejemplo de la caída de rocas y sus características
La roca es mas pequena en comparacion a los
deslizamientos, pero estas saltan, rotan y
consecuentemente la velocidad es mas alta
From the flier of Rockfall seminar at CalPoly
university, 2007
Ejemplo de caida de
rocas
(esto puede ser
llamado avalancha
de rocas)
La roca puede ser mas de
una. Una roca puede ser
tan pesada como 2 a 10
toneladas y su velocidad de
15 a 30 m/sec
(50 km/hour – 100 km/hour)
Photo by Senro Kuraoka
Comportamiento de la caída de rocas simuladas con
DEM
movimiento
traslacional
Rotacion
g
fuerzas de impacto
pérdida de energía
Reacción del suelo
Aplica la resistencia a momento
Reconocimiento de riesgo y daño
Daño = probabilidad de peligro
Riesgo = producto de daño y vulnerabilidad
■ Investigacion para:
• Datos de caida de rocas e historial
• Fuente (rocas inestables)
• Aspectos geologicos
• Cantidad de rocas (tamaño y volumen)
• Rockfall record and history
• Distancia de recorrido
• Source (Unstable rocks)
• Geological aspects
• Amount of rocks (size and v
• Coeficiente de trafico
•
Runout distance
Site investigation: Example at CAE 18.5 km
Photo on Sept. 5, 2013
Fallen rock ( 1.3 x 0.6 x 0.7 m)
Runout distance appears to be small
Photo by Senro Kuraoka
Investigate source (Unstable rocks)
Photo on Sept. 5, 2013
Height is
around 30 m
2.5 m
Boulders ranging
from 0.2 to 0.5 m
Photo by Senro Kuraoka
Photo on Sept. 5, 2013
2.5 m
Roughly
1.5 m
•
Amount of rocks (size and volume)
Mass is around 3.000 kg
Photo by Senro Kuraoka
High traffic
Photo on Sept. 5, 2013
Geological aspect
Difrencia extrema en el coeficiente de
erosion y sus juntas continuas
Photo by Senro Kuraoka
Contramedidas
Types of countermeasures
Medidas no estructurales y
medidas estructurales
• Mapa de riesgos, advertencias,
control de tráfico y la restricción de
desarrollo
• Estabilización de roca inestable
• Hazard map, warning, traffic
• Zanja
control, and restricting
development
• Paredes, redes, vallas • Stabilization of unstable rock
•
•
Ditch
Walls, nets, fences
11
0.2
1.0
cles
Medidas no estructurales
Mapa de riesgos con simulacion 3D
Identificar areas de
alto y bajo riesgo
Area
350m × 200m
Parametros
Trayectoria
Trayectoria
Coeficiente de restitucion
0.2
Coeficiente de friccion
1.0
Roca: seis partículas esféricas
unidas
energía cinemática
Ejemplo de medidas no estructurales
Mal
ejemplo
13
Photo by Senro Kuraoka
Mejor!
14
Photo by Senro Kuraoka
Puede pasar!
15
Photo by Senro Kuraoka
Otros metodos estructurales
Drapery (reducir velocidad)
Photo by Senro Kuraoka
Medidas estructurales para caida de rocas
Tipo flexibles
Tipo rigidas
Refugio de rocas
17
Zanja inclinada
90
正方形
大正方形
大長方形10m*2m
大長方形10m*8m
簡易式(α=0.7)
80
70
(m)
Height
標高（m）
60
50
40
calle
30
20
10
0
0
10
20
Velocity
(m/sec)
線速度（m/sec）
30
40
Zanja
inclinada
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Parametros importantes
Determinar la ubicación, fuerza y tamaño
• trajectoria
Ubicacion y tamaño
• Alto del salto (h)
• Velocidad (traslacional y rotacional)
→Energia cinetica
Fuerza
H
h
• Trajectory
• Jump height (h)
• Velocity (translational and rotational)
→Kinetic Energy
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Lineamientos japoneses para la mitigacion
de caida de rocas
• Los lineamientos japoneses se basan en experimentos y
registros de caídas de rocas reales.
• La aplicabilidad de los lineamientos están limitados por
el tamaño, la geometría y las propiedades de los
desprendimientos de rocas que son revisados ​y
analizados.
H
h
3m
lineamiento
Altura de caida< 50 m
Roca < 0.5 m
h<2m
Limitaciones de los lineamientos
•La velocidad puede ser demasiado
V
conservadora
•La distancia del viaje no puede estimarse
Rock
  2 gH
estimado por
eq. en el
lineamiento
Estimado por
DEM
Velocidad m/sec
Simulación numérica de la caída
de rocas
La simulación no se puede utilizar para la
Simulation can not be used for
predicción determinística
deterministic prediction
Simulation may be used to:
•Provide results (velocity, jump height,
trajectories, and impact energies) for rational
planning of protection structures
•Runout distance (travel distance)
•Improve understanding of the mechanisms
Simulation = Experiment on computer
DEM（Metodo de Distrito Elemento）
Simulación de la dinámica del cuerpo rígido:
Deslice, la rotación, el desapego, y el impacto,
se puede modelar la forma arbitraria
cubierta
Caida de
roca
Simulation of dynamics of rigid body:
Slide, rotation, detachment, and impact,
Arbitrary shape can be modeled
Contacto modelo de DEM
Resorte y amortiguador
Dirección normal y cortante
Elemento
bloque
deslice
de
Damper:
absorbs impact
energy
Principales parámetros de entrada
•Coeficiente de restitución del amortiguador
•Coeficiente de fricción para el control deslizante
•Coeficiente de amortiguador rotativo
Ecuacion fundamental
Equation of motion for translational and rotational dynamic
movements. Below is 1 D example for translational
movement
Free fall
Damper: absorbs
impact energy
c
1 dof model
mass * acc + damping coefficient *
velocity + spring coefficient *
displacement = F
Datos de ingreso
Propiedades
Coeficiente de fricción
Coeficiente de restitución
2 gh2
V2
h2
e


V1
h1
2 gh1
Coeficiente de amortiguador para la rotación
Rigidez del resorte
Geometrias
Pendiente
Roca
Geometries
Slope
Rock
Properties
Coefficient of friction
Coefficient of restitution
Coefficient of damper for rotation
Spring stiffness
Efecto de la forma en la estabilidad
Estabilidad de la pendiente
Forma circular
Sigue cayendo
Forma angular
Deja de caer
Ejemplo: golpe en carretera nueva
por desprendimiento de rocas
Objetivo
Evaluar la posibilidad que llegue a la carretera bypass
(carretera vieja)
Vista desde la
corona
Bypass (calle vieja)
2m
Roca caida en el
canal
Seccion transversal 1
210
Enlarged view
550
200
500
Colchon
de
arena 450
190
Muro
de
Unstable
contencion
rocks
180
170
Calle
vieja
400
Calle nueva
350
160
canal
300
150
40
50
60
70
80
90
100
110
300m
120
250
objetivo
Evaluar el riesgo
de pasar por alto
(calle vieja)
200
400m
150
100
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Diagrama de flujo de los análisis
1．Investigacion de campo
Las huellas de impacto
Características de la
superficie de la pendiente
Geometrías de la roca
2.Simulation de rocas caídas
3. revisión de la literatura
4. Las pruebas simples de caída
libre
5．Prediccion
Diferente forma y tamaño
de la roca
Analizar el camino y la
trayectoria de la roca
Determinar la sección
eficaz para la simulación
Evaluar los parámetros
para la simulación
Evaluar el riesgo de la
calle bypass
Simulación de trayectorias
reales de dos eventos
Simulation of actual paths
of two events
Evaluate parameters
•Coeficiente de fricción
•Coeficiente de restitución
•Coeficiente de amortiguador rotativo
Evaluate parameters
•Coefficient of friction
•Coefficient of restitution
•Coefficient of rotational damper
Camino estimado sobre la base de huellas de impacto
迂回路
Seccion 1
Seccion 2
Largo ax
Corto ax
La roca se deslizará y parara en el medio de la pendiente cuando la
forma se modela en la dirección del eje corto
Los resultados de la simulación:
reproducción de evento real
Seccion transversal 2
Seccion transversal 1
Trazos observados
Ubicación final
Paso simulado
Retaining wall
and debris
Suelo
superficia
l
Calle
nueva
Suelo
superficia
l
parámetros calculados a partir de simulaciones
de dos desprendimientos de rocas
Suelo
Calle
土砂部 nueva
道路
superficial
e
μ
ξ
Kn=Ks
k/Nm
Suelo
escombro
崖錐部
superficial 転石堆積部
0.05
0.2
0.1
0.1
0.6
0.6
0.6
0.6～1.0
20
22
30
10～20
50,000
50,000
50,000
50,000
Efectos de la forma
Porcentaje de las rocas que legaron a la calle vieja = 0%
50 intentos para cada forma (Orientación inicial ha
cambiado 10 veces fro 5 fricción diferente)
Calle
vieja
Ninguna roca llegará carretera
de bypass
→ No hay necesidad de
estructuras de protección de la
antigua carretera (bypass)
Resumen y Conclusiones
Se necesita Identificación de riesgos y priorización
de métodos de contramedidas
Seleccionar la combinación apropiada de las
contramedidas
La simulación es útil evaluando el riesgo y la
determinación de los parámetros de diseño
Evauate the risk and parameters for design
Gracias por su atención
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