Geobrugg 3 debris_flo
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  • Wie gehen wir an die Sache ran? Im Rahmen des Projekts "numerische Modellierung und Dimensionierung" von flexiblen Murgangschutzsystemen", einem Forschungsprojekts der KTI Förderungsagentur zur Förderung von Innovation mit Hilfe des Bundes und der Industrie wird momentan eine 1:1 Murgangtestanlage im Illgraben betrieben um diese Barrieren in einem natürlichen Murganggerinne zu testen. Zudem laufen an der WSL Laborversuche, wo künstlich sog. Minimurgänge erzeugt und auf verschiedenartigste Barrierenarten und Systeme geschossen werden. Zuletzt soll anhand des FE-Software Programms FARO, von Herrn Volkwein geschrieben, der Lastfall Murgang implementiert werden und solche Barrieren modelliert werden.
  • Aquí tenemos un ejemplo de una red protegiendo una tubería contra una posible obstrucción (California)

Geobrugg 3 debris_flo Geobrugg 3 debris_flo Presentation Transcript

  • Protección contra “debris flow”
    • Barreras dinámicas contra flujo de detritos (“debris flow”)
    • Sistemas dinámicos de alta eficiencia aprobados a escala real
  • Ejemplos de amenaza y consecuencias
    • Chummerbach (GR / Suiza): Zona de depósito
  • Ejemplos de amenaza y consecuencias
    • Pully (Suiza), Octubre 2000: Zona de depósito
  • Ejemplos de amenaza y consecuencias
    • Destrucción y obstrucción de vías:
  • Ejemplos de amenaza y consecuencias
  • Ejemplos de amenaza y consecuencias
    • Val Schluein (GR / Suiza), 2004: Destrucción de puente y fundación
  • Problemas de medidas convencionales …  Sustitución por Socavación, barrera flexible instalación en base de un como alambre de acero problema y de alta resistencia dificultad
  • Distintos casos de carga
    • Ilustración de diferencia entre  Videos
    • «Caída de roca o Caído» y «Derrumbe o Flujo de roca» :
    • (Hoek E., 1986) (Suarez J., 1998)
  • Distintos casos de carga
    • Ilustración de distintos casos de carga entre
    • «Masa distribuida / Flujo» y «Masa concentrada / Caído»:
  • 1. Introducción
    • Situación de partida
    • Buenas experiencias > 20 años con barreras flexibles certificadas contra impactos dinámicos por caídas de rocas
    • Eventos incidentales como estos:
    • Daños en Suiza (en 25 años): > USD 200 millones y 20 muertes por 520 flujos en 30’000 km 2
  • Sitios a escala real / laboratorios para I+D
    • Amenaza “Flujos de detritus / aluviones / huaicos”
  • 2. Investigación y desarrollo Instituto Suizo Federal de investigación para Bosque, Nieve y Medio Ambiente (WSL) Comisión de Tecnología e Inovación (KTI/BBT-EVD) Geobrugg AG
    • Proyecto de investigación “KTI” en nivel nacional ( y a escala real  único en nivel mundial)
    • Investigación de interacción flujo de detritos – red de anillos
    • Desarrollo y calibración de modelo numérico
    • (2002: pre-test)
    • 2005 – 2007
    • Quebrada “Illgraben” en Suiza
    • Área: 10 km 2
    • Pendiente 16%
    • Quebrada muy activa con 6 a 8 eventos regulares anuales
    • Seguimiento hace 100 años:
    • Instrumentación y monitoreo
    2. Investigación y desarrollo Zona de depósito Rio „Rhin“ Rio „ Illbach“ Zona de acumulación de flujos de detritos Check-Dams con ladera del rio controlada Barrera contra flujos de detritos Leuk Susten
  • 2. Investigación y desarrollo Barrera de prueba con celdas de carga y grabación integrada de datos en cables de soporte
  • 2. Investigación y desarrollo
    • Datos medidos en barrera (entre otros)
    Bottom support ropes Top support ropes Laser Activación de elementos de frenado
  • Modelo numérico para desarrollo
    • Desarrollo de sistemas
    • Calculo con método “Elementos Finitos”
    • Programa de simulación “ FARO” (ETH Zürich / WSL-SLF)
    • Impacto diferente
      • Carga distribuida
      • Tiempo, velocidad
      • Deformación
    • Carga estática
  • 2. Investigación y desarrollo
    • Modelo numérico con FARO (FE)
    • = Programa de elementos finitos discretos (ETH Zürich)
    • Roth et al. (2004)
    • Ley de conservación de energía:
      • F qs = (M*v 2 / f) = ( ρ *Q*T imp *v 2 ) / f
      • ρ = Densidad del flujo de detritos
      • Q = Descarga del flujo (agua + sedimentos)
      • T imp = Duración de llenado
      • v = Velocidad de frente del flujo
      • f = Deformación de barrera
    • Distibución de la fuerza „cuasi-estática“ F qs regularmente en red de nudos:
    • Modelo de carga: 1. Presión de corriente, 2. Ondas de „presión-empuje“, 3. ~ empuje activo de sólidos
  • Evidencia de funcionamiento
    • Impacto en barrera vacía
    • 1 er evento: 18.5.2006
    • Aprox. 15’000 m 3
    • Ningún daño a la barrera
    • Impacto en misma barrera,
    • ya llena
    • 2 do evento: 24.6.2006
    • Sobrepasaron 50’000 m 3
    • Ningún daño a la barrera
  • Evidencia de funcionamiento
  • 3. Dimensionamiento
    •  Herramienta en línea con base en concepto DEBFLOW ®
    • Prueba de seguridad de capacidad de sistema
    • Factor de seguridad global
  • Retención de volúmenes menores: …1‘000…2‘000… m 3 , depende de depósito, espacio disponible, altura de barrera 4. Aplicaciones – 1 Barrera individual
  • Retención de volúmenes mayores Proyecto GUMMEN-HASLIBERG, Suiza con 13 barreras en concepto “multi-nivel” para retener 10’000 m 3 , evento grave en 2005  combinación “retención y desvío” del flujo 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
  • 13 barreras con longitudes hasta 25 m y alturas hasta 7 m 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
  • 2 barreras dinámicas tipo VX-spec Proyecto CASA TEJA
  • 9 barreras implementadas en concepto multi-nivel, protegiendo una vía de montaña hacia un resort turístico Proyecto PORTAINE
  • Proyecto ALPAMARCA: 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
  • Proyecto ALPAMARCA: 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
  • Proyecto ALPAMARCA: 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
  • Proyecto ALPAMARCA: 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
  • 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
  • Proyecto OSORIO, Estado de Vargas, Venezuela: 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
  • 4. Aplicaciones – Barreras “escalonadas”
    • Protección contra la obstrucción de tuberías / alcantarillas
    4. Aplicaciones – Contra obstrucción
  • Disminuir pendiente de cauce y reducción de velocidad y socavación; dar soporte a ladera y/o retención de sedimentos 4. Aplicaciones – Regularización de cauce
    • Caso de emergencia:
    • “ Check-dam” parcialmente fallado
    • Erosión del talud externo y desvío del cauce
    • Rápida ejecución: 3 días de perforación + 3 días de instalación
    4. Aplicaciones – Sustituir estructuras rígidas
  • 5. Conclusiones
    • Complejidad del problema  1. Investigaciones detalladas de parámetros relevantes + 2. Desarrollar un concepto de diseño (modelo numérico) para un sistema especifico + 3. Calibrar y verificar el modelo con ensayos y pruebas a escala real
    • Un sistema con base en redes flexibles de anillos capaz de resistir los impactos y transmitir las fuerzas remanentes.
    • Este red flexible de contención también resiste desbordes posteriores.
    • Un concepto escalonado (“multi-nivel”) es viable para crear un volumen de contención mayor.
    • Existe un concepto de dimensionamiento .
    • Solución integral con base en sistema eficiente y practico
  • Barreras contra flujos de detritos
    • Requisito técnico:
    • Calificación e idoneidad de la barrera
    • Sistema flexible tipo UX/VX
    • Investigación y desarrollo detallado (varios años) con instituto calificado (WSL, ver publicación IRASMOS, 2009), incluyendo ensayos en laboratorio, modelo numérico el cual debe ser verificado y calibrado a escala real con eventos naturales (Quebrada Illgraben), incluso:
    • Modelo constitutivo y aprobado para dimensionamiento del sistema (DEBFLOW, Wendeler, 2008), incluyendo investigación de capacidad frente a impacto dinámico, carga estática y desborde del sistema
  • Barreras contra flujos de detritos
    • Capacidad mínima de soporte del sistema contra carga dinámica y estática por el empuje inicial en [kN/m2]
    • Sistema aprobado por instituto especializado WSL, incluyendo los siguientes informes:
      • Summary Report 2009 “Full-scale Testing and Dimensioning of Flexible Debris Flow Barriers 2005 – 2008
      • Structural Analysis Reports UX-#/VX-#, 2010
  • Barreras contra flujos de detritos
    • Requisito:
    • Calificación y responsabilidad del fabricante
    • Certificación gestión de calidad ISO 9001:2008
    • Certificación de conformidad de materiales EN 10204-2.1 “Certificates of Conformity”
    • Seguro de responsabilidad civil que es internacionalmente vigente con USD 50 millones
  • Protección contra “shallow landslides”
    • Barreras contra corrimientos de terreno
    • Investigación y desarrollo de sistemas dinámicos
  • Barrera dinámica: Sistema “híbrido”
  • Barrera dinámica: Sistema “híbrido”
  • Barrera dinámica: Sistema “híbrido”
  • Importante
    • Objetivo de medidas de mitigación / protección
    • Seguridad de usuarios
    • Eficiencia de operación vial
    • Sustentabilidad de inversiones
    • Costo-eficiencia de sistemas
    • Durabilidad a largo plazo
    • Minimizar mantenimiento
    • Sustento técnico y dimensionamiento
    • Ética y responsabilidad
  • GEOBRUGG AG – Sistemas de Protección
    • Muchas gracias !
    • Vielen Dank !