Rockfall Mitigation Mitigacion de caida de rocas - Características y medidas de prevención
Senro Kuraoka Ph.D, PE Nippon Koei Co. Ltd. R&D center cent er Tsukuba Tsukuba Japan
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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
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
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)
Comportamiento de la caída de rocas simuladas con DEM movimiento traslacional
Rotacion
fuerzas de impacto pérdida de energía
Reacción del suelo
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) • Distancia de recorrido
• Coeficiente de trafico
• • • •
Rockfall record and history Source (Unstable rocks) Geological aspects Amount of rocks (size and Runout distance
S ite inves tig ation: E xample at C A E 18.5 km P hoto on S ept. 5, 2013
Fallen rock ( 1.3 x 0.6 x 0.7 m)
Runout distance appears to be small
Investigate source (Unstable rocks)
Photo on S ept. 5, 2013
Height is around 30 m 2.5 m
Boulders ranging
Photo on S ept. 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 S ept. 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 • Zanja
• Paredes, redes, vallas
•
Hazard map, warning, traffic control, and restricting development
•
Stabilization of unstable rock
•
Ditch Walls, nets, fences
11
Medidas no estructurales Mapa de riesgos con simulacion 3D
Identificar areas de alto y bajo riesgo
Parametros Trayectoria
Ejemplo de medidas no estructurales Mal ejemplo
13
Mejor!
14
Puede pasar!
15
Otros metodos estructurales
Drapery (reducir velocidad)
Medidas estructurales para caida de rocas Tipo flexibles
Tipo rigidas
Refugio de rocas
17
Zanja inclinada 90
正方形
80
大正方 大長方
70
大長方 簡易式(
60
) m50 ( （ t h 40 g i e H30
calle
20
10
0 0
10
20
Velocity (m/sec) 線速度（m/sec）
30
Zanja inclinada
18
Parametros importantes Determinar la ubicación, fuerza y tamaño • trajectoria
Ubicacion y tamaño
• Alto del salto (h)
• Velocidad (traslacional y rotacional) →Energia cinetica
H
Fuerza
•
Trajectory
•
Jump height (h)
•
Velocity (translational and rotational)
→Kinetic Energy 19
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
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
Caida de
cubierta
roca
Simulation of dynamics of rigid body:
Slide, rotation, detachment, and impact,
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 *
Datos de ingreso Propiedades Coeficiente de fricción
e
Coeficiente de restitución
V 2 V 1
2 gh2 2 gh1
h2 h1
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
Seccion transversal 1 210
Enlarged view
550
200
Colchon de arena 500
190
Muro de Unstable contencion
450
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
Los resultados de la simulación: reproducción de evento real Seccion transversal 2
Seccion transversal 1
Trazos observados Ubicación final Paso simulado
Suelo superficia l
Retaining wall and debris
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
Suelo 崖錐部 superficial
escombro 転石堆積部
e
0.05
0.2
0.1
0.1
μ
0.6
0.6
0.6
0.6～1.0
ξ
20
22
30
10～20
50,000
50,000
50,000
Kn=Ks k/Nm
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
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
