Protección contra flujos de detritos - Geobrugg AG

Barreras contra fl ujos de detritos
Protección contra fl ujos de detritos por barreras fl exibles con
redes de anillos
Teufelskadrich, cerca de Lorch, trazado de los ferrocarriles
alemanes DB en la ribera derecha del Rin / Alemania
Documentación técnica / julio 2012

Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
Protección contra fl ujos de detritos por
barreras fl exibles con red de anillos
Teufelskadrich, cerca de Lorch / Alemania
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Propiedad DB ProjektBau GmbH
Coblenza, Alemania
Proyecto / dirección de obra Gesellschaft für Baugeologie u. Messtechnik
GmbH, Limburgo, Alemania
Contratista ARGE Felshangsicherung Teufelskadrich
BuM Herne
Feldhaus Schmallenberg
Königl Würzburg
INTRODUCCIÓN
En el Teufelskadrich, una empinada ladera rodeada de numerosas leyendas, situada
entre Lorch am Rhein y Assmannshausen, perteneciente a las montañas de
pizarra renanas, el julio de 2008 la línea principal de ferrocarril quedó interrumpida
durante varios días a causa de los deslizamientos de tierras y los fl ujos de
detritos. El factor desencadenante de los movimientos en masa fueron las fuertes
precipitaciones de lluvia durante una tormenta. Como medida inmediata, se instaló
un sistema de protección nuevo en Alemania formado por 12 barreras fl exibles
en cascada, compuestas por redes de anillos, gracias a la estrecha cooperación in
situ de la DB AG con el proyectista, desarrollador del sistema y la empresa contratista.
Estos sistemas, ya comprobados en Suiza con ensayos de campo 1:1, y perfeccionados
en el marco de un proyecto de investigación, se adaptan de forma
excelente a terrenos de difícil acceso, debido a su instalación sencilla y rápida.
Gracias a su estilizada construcción, utilizando materiales altamente resistentes,
la imagen paisajística de gran tradición turística de la “Región de la Lorelei“ del
Rin no se vio apenas afectada. Se trataba de que en el futuro, el tráfi co del ferro-
carril no se viera obstaculizado, ni las personas e infraestructuras corrieran peligro
a causa de la ocurrencia de fenómenos de fl ujos de detritos.
LAS REDES DE ANILLOS COMO PROTECCIÓN
CONTRA FLUJOS DE DETRITOS
Antes de utilizarse como protección contra fl ujos de detritos, las redes fl exibles
de alta resistencia eran empleadas para retener troncos a la deriva, pequeños
aludes o purgas y desprendimientos de rocas.
Entre 2005 y 2008 estas redes se probaron en ensayos de campo 1:1 como protección
contra fl ujos de detritos en Illgraben, una de las gargantas con fl ujos
de detritos más activas de Suiza. Su sistema de retención se adaptó a las especiales
necesidades y se optimizó. Por medio de una técnica de medición especialmente
desarrollada, se midieron por primera vez las fuerzas de los cables
de estas barreras durante una corriente de detritos. Al mismo tiempo se determinó
la densidad y la correspondiente presión que ejercen los los detritos sobre
el trasdós de la barrera. (Wendeler, 2008).

A partir de esos datos de campo y de otros 60 ensayos complementarios en
laboratorio, se construyó el correspondiente modelo de cargas para el dimensionamiento
de los sistemas, y se implementó en el software de elementos fi -
nitos FARO (Volkwein, 2004). Este programa posibilita a los ingenieros el dimensionamiento
en la práctica de estos sistemas de forma sencilla y efi ciente.
La protección contra fl ujos de detritos en el Teufelskadrich
Ya en 2005, casi simultáneamente con el comienzo del proyecto de investigación,
se colocaron las tres primeras redes fl exibles como barreras contra
avalanchas de detritos en el Teufelskadrich. Ya en ese momento, la sencilla
y rápida instalación fue una gran ventaja en esa zona de laderas del Rin, de
difícil acceso. Las tres redes detuvieron en 2008 con éxito una avalancha con
aprox. 100 m3 de materiales, siendo el espacio de retención proyectado
bastante más reducido que el cubicaje total de la avalancha acontecida.
La avalancha de detritos del 30 de julio de 2008
Tras las fuertes precipitaciones del 30 de julio de 2008, con cantidades de lluvia
medidas en la región de 60–80 mm (localmente se midieron hasta 100 mm), se
produjeron deslizamientos de tierras. Tras el llenado y el desbordamiento de dos
de las barreras contra avalanchas de detritus, y la ruptura de una barrera contra
desprendimientos de rocas instalada en el valle (año de construcción 2005, dimensionada
para caídas de roca de hasta 1.500 kJ), a pesar de todo, 1.000 m3 de
detritos alcanzaron el trazado de las vías, y hubo que interrumpir el tráfi co ferroviario
en ambas direcciones. Afortunadamente no hubo daños personales.
Un nuevo análisis de los riesgos confi rmó la necesidad de dimensionar las nuevas
barreras del valle de forma apropiada para los fl ujos de detritos.
30 de julio de 2008
Conos de detritos sobre las vías de la DB
con riesgos para la carretera federal B42.
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Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
Cerca de protección (En = 1‘500 kJ)
contra caída de rocas, llena de detritos,
con frenos completamente tensados
en los cables de retención...
... y un perno cizallado en la articulación
de apoyo, funcionamiento correcto
como fusible a cortante.
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Informe de los Ferrocarriles Alemanes sobre la medida de protección
en planifi cación
“En total, fueron tres oleadas de detritos las que alcanzaron las vías del trazado
Wiesbaden-Niederlahnstein en el km 71,985–72,370. A causa de la masa de barro
y detritos depositada sobre la vía, el tramo fue cerrado al tráfi co de inmediato en
ambas direcciones. Las medidas necesarias para el aseguramiento de ambos trazados
(ferrocarril y carretera federal) contra desprendimientos de rocas y deslizamientos
de tierras en el tramo mencionado tuvieron que realizarse de inmediato
para controlar los riesgos. Debido a la dimensión de los acontecimientos, hubo
que utilizar los servicios de un perito para la califi cación del potencial de riesgo.”
PLANIFICACIÓN
Determinación de las ubicaciones necesarias para las barreras
La correcta ubicación de las barreras se determinó por medio de una exhaustiva
inspección sobre el terreno por parte del ingeniero, subiendo hasta la cuenca
de la garganta, donde era evidente la existencia de numerosas quebradas y
depósitos de roca suelta. Se calcularon emplazamientos para 12 barreras de
redes de anillos, a fi n de garantizar una retención sufi ciente del material, planifi
cándose adicionalmente varias barreras de detritos para la estabilización de
la garganta y la ladera. Además se decidió la instalación complementaria de de
un sistema de estabilización de taludes TECCO ® compuesto por malla de alambre
de acero de alta resistencia para los tramos de ladera casi verticales en la
zona de las masas desplazadas de detritos.
Inspección tras un siniestro con
evaluación de la masa a proteger,
investigación de la zona fuente
y determinación de los emplazamientos
para la instalación de las barreras
contra los fl ujos de detritos.
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Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
Localizaciones determinadas para la
ubicación de las barreras.
Ejemplo 1
Barrera contra fl ujos de detritos VX,
altura 4–5 m, diseño sin poste intremedio
< 20 m.
Ejemplo 2
Barrera contra fl ujos de detritos UX,
altura 5 m, poste central de 5 m, postes
del borde de 2 m de altura.
6
cable superior
cable intermedio
cable inferior
cable de retención
cable perimetral
cable de tensión lateral
cable superior
cable intermedio
cable inferior
cable de retención
cable perimetral
cable de tensión lateral
Cota de terreno ~ 145mNN
Sistema sin postes, ancho superior: 16,0 m
Altura máx. hasta desde de la garganta: 5,0 m /lateralmente 3,0-4,0
11 x IBO 40/16
11 x cabeza fl exible
Cota de terreno ~ 175mNN
Postes laterales
Poste intermedio
Distancia entre postes: 20,0 m
22 x IBO 40/16
16 x cabeza fl exible

Simulación numérica
Conociendo masa de detritos evacuada, se realizó el cálculo del balance general
de masas del evento, determinado que el volumen movilizado para la
garganta norte era de aprox. 500 m3 ; mientras el volumen total desprendido
se calculó en aprox. 1.000 m3 . Este valor debería servir como valor mínimo de
volumen de retención para el dimensionamiento de la futura medida de protección
proyectada. Resultaron los siguientes valores de entrada para el dimensionamiento
de las barreras de redes de anillos:
V = 500 m máx 3 por cada subcuenca
Pendiente máxima del barranco = 45°
Densidad máxima del fl ujo de detritos = 2.000 kg/m3 Caudal máximo Q max = 0.135 V 0.78 = 17.2 m/s calculado empíricamente [3]
A partir del caudal máximo se calcula empíricamente la velocidad máxima de
fl ujo: v = 2.1 Q max 0.34 I0.2 = 5.5 m/s [4]. De la condición de continuidad resulta,
para un ancho máximo de barranco de b = 3 m, la altura máxima de
max
fl ujo de una oleada de h = 1 m. Es decir, se necesitarían 5 oleadas para llenar
max
por completo un sistema de 5 m de altura [1].
El dimensionamiento de las barreras se muestra a modo de ejemplo para la
barrera de avalanchas (MZ) 10. Este es uno de los sistemas de referencia, a
causa de su altura máxima de sistema, su ancho máximo de despliegue y su
situación directa en un barranco. La geometría de la barrera se encuentra
representada en el gráfi co del ejemplo 2.
La red se dimensiona para el impacto dinámico de la primera oleada de
detritos con los parámetros descritos arriba. Sobre ella actúa el impacto
dinámico de una oleada en la parte baja de la red con una fuerza, a lo largo
de la longitud de los cables, de F =��� v dyn 2 h = 2000 5.5 max 2 1 = 60.5 kN/m
[1]. Para este primer impacto de ola se llevó a cabo la correspondiente simulación
FARO (ver gráfi ca FARO abajo). Para el sistema portante elegido, de
dos cables portantes inferiores, resultó un grado de aprovechamiento de
casi el 60 %.
Resultado de las cargas de los componentes
en FARO para la primera oleada
de detritos de la barrera MZ 10 mostrada
en la pág. 6 abajo.
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Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
Cargas de la barrera contra detritos
llena en FARO con una tasa de utiliza-
ción del sistema del 80%.
Geobrugg plano de obra MZ 10
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La segunda carga relevante resulta del llenado completo de la barrera (ver
gráfi co debajo). Aquí, por razones de seguridad, la red de anillos deberá ser
capaz de resistir la totalidad de la presión hidrostática de los detritos.

EJECUCIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
Para limitar la intervención al mínimo necesario y controlar la acción sobre la
fauna y la fl ora, encuadradas en la herencia cultural universal de la UNESCO y
merecedoras de la máxima protección, toda la realización de la medida de
protección estuvo acompañada, junto con las autoridades competentes reguladoras
y de protección medioambiental, por una ofi cina especializada en el
medio ambiente. Las autoridades de protección medioambiental participaron
en profundidad en el proyecto durante la planifi cación y la ejecución de la obra.
Ya que este proyecto era una obra de emergencia, se debió tener en cuenta
igualmente la instalación segura, rápida y sin problemas de las redes de protección
necesarias durante los trabajos, sin que ello para no afectar al tráfi co
de trenes. Se protegió el trazado de la vía contra caídas de rocas por medio de
las vallas de retención existentes y adicionalmente con piezas prefabicadas
procedentes de la construcción de canales, colocados invertidos, de manera
provisional. De esta manera se pudieron llevar a cabo los trabajos de aseguramiento
manteniendo el tráfi co ferroviario en ambas direcciones.
Para comprobar la capacidad de carga de los anclajes proyectados, aprox. un
10% de los mismos se sometieron a pruebas de carga antes de instalar las
barreras de redes de anillos.
Al mismo tiempo se fi nalizó la instalación de la medida de estabilización de
taludes TECCO®, así como las protecciones contra fl ujos de detritos en el
barranco limpio (ver imagen en la pág. 13). Para poder cumplir los plazos
planifi cados para la fi nalización de estas medidas protectoras, fue necesaria
una estrecha colaboración de las empresas ejecutoras, el fabricante del producto,
los ingenieros de planifi cación y la propiedad in situ.
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Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
Replanteo de los puntos de anclaje para
los postes y los cables portantes.
Evacuación de la masa de detritos con
excavadora de patas (imagen superior).
Protección temporal del trazado de vía
con muros de bloqueo (imagen derecha).
Movimiento de la perforadora por
medio de un cabestrante motorizado en
la parte baja de la ladera.
10

Colocación de anclajes autoperforantes
de tipo TITAN (imagen dcha.) y comprobación
de los anclajes (imagen superior).
Medición y marcaje de las perforaciones
para el tendido de los cables portantes.
Montaje de las placas de base para
postes intermedios en redes UX.
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Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
Estabilización de la capa de roca suelta
en la parte baja del talud con la malla
TECCO ® en combinación con anclajes
TITAN.
Elevación del borde superior como
protección contra impactos de roca
(imagen dcha.).
Barrera contra fl ujos de detritos UX con
cables dobles de retención y postes
reforzados.
Barrera contra fl ujos de detritos UX con
poste intermedio.
12

Barrera contra fl ujos de detritos VX con
una altura de 3,5 m.
Pequeña barrera para restos en un
barranco limpio.
13

Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
14
MZ 10
MZ 9
3
MZ 12
MB 2
MB 1
MZ 11a
MZ 11b
MZ 10
MZ 9
MB 3
Vista del Teufelskadrich desde el camping
Trechtingshausen
Fuente: Institut für Umweltplanung,
Dr. Kübler GmbH
Leyenda:
1 barreras de protección contra caída
de rocas existentes.
MZ nuevas barreras contra fl ujos de
detritos (marcado solo en barreras
relevantes para la imagen paisajística)
2b
MZ 8
MZ 3
MZ 2a
MZ 7
MZ 5
MZ 4
2a
MZ 2a MZ 2b
MZ 2b
MZ 6
MZ 1
1 5
MZ 6
MZ 1

ACONTECIMIENTOS POSTERIORES
Tras la construcción a fi nales del otoño de 2008, los Ferrocarriles Alemanes
decidieron inspeccionar la zona periódicamente, como mínimo
dos veces al año. Las precipitaciones, a menudo muy intensas, del
verano de 2009, causaron ya el llenado de algunas de las barreras
contra fl ujos de detritos. En primavera de 2012, las barreras superiores
se habían llenado ya hasta el 50%.
Masa de detritos en la zona fuente
sobre la barrera contra fl ujos de
detritos de nueva construcción.
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Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
Barrera contra fl ujos de detritos
parcialmente llena en primavera de
2010.
Barrera contra fl ujos de detritos llena al
50% en primavera de 2012.
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Barrera contra restos de detritos llena
al 100%.
Fragmento de roca de aprox. 800 kg
retenido en la barrera contra fl ujos de
detritos.
Barrera contra fl ujos de detritos UX
llena al 50%.
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Flujos de detritos / Documentación técnica / julio 2012
Comprobación de la red de anillos y de
los cables en cuanto a deformaciones
plásticas, y en su caso, sustitución de los
componentes defectuosos.
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VACIADO
Para poder garantizar la protección contra los fl ujos de detritos y/o los des-
prendimientos de rocas a largo plazo, se debe elaborar un concepto de
mantenimiento de las barreras.
Además de los aspectos de la seguridad, también se tendrán en cuenta los
puntos de vista ecológico y económico. Un posible punto de partida para un
concepto de vaciado puede ser el siguiente diagrama de fl ujo aquí abajo:
Determinación del concepto de vaciado
Mantenimiento en grandes trazos
Primavera / todo el año Precipitaciones Starkniederschläge fuertes Tormenta Sturm Invierno
Winter
Steinschlag/Felssturz
mehrere m3 Caída de rocas /
desprendimiento de rocas
varios m3 Caída de rocas /
desprendimiento de rocas
pocos m3 varios m3 Flujo Murgang de detritos / Geschiebe / rocalla
mehrere m3 varios m3 varios m3 Material Windwurf arras-
/
trado por el
viento/madera
Holz
Vaciado: Entleerung: sí ja / no
nein
Accesibilidad: Zugänglichkeit: buena gut / schlecht / mala
Elección Wahl der del Entleerungsmethode método de vaciado (Wirtschaftlichkeit)
(punto de vista económico)
Vaciar Verbauung las barreras
entleeren
Lista Checkliste: de comprobación: Schäden daños sí ja / no
nein
Reparaciones: Reparaturen: sí ja / no
nein
Nieve/
Schnee /
aludes
Lawinen
Esperar Schnee- al
deshielo
schmelze
abwarten

CONCLUSIONES
Una protección efi ciente contra fl ujos de detritos solo puede alcanzarse por
medio de barreras específi camente diseñadas y dimensionadas para ese tipo
de fenómenos. La utilización para este tipo de eventos de barreras diseñadas
contra la caída de rocas estandares es insufi ciente y entraña graves riesgos.
Las ventajas de las medidas implantadas no solo fueron la rapidez de la construcción
y una instalación sencilla en un terreno de difícil acceso: el proyecto
terminado garantiza un mínimo impacto en la imagen paisajística, merecedora
de protección, del valle del Rin medio, lugar de gran tradición turística y
encuadrado en la herencia cultural universal de la UNESCO. Incluso en invierno,
con la vegetación prácticamente sin hojas, las barreras son apenas visibles.
La región alrededor de Assmannhausen, caracterizada por su gran actividad
turística, no se ha visto infl uenciada por estas nuevas medidas, y por tanto
seguirá siendo también en el futuro un atractivo lugar para una excursión.
REFERENCIAS
Wenger, M. (2006): Zielsetzung, geologische Disposition, Schutzkonzept. B-I-G Büro für Ingenieurgeologie,
Gümlingen. Vortrag anlässlich des Herbstkurses FAN Fachleute Naturgefahren Schweiz
vom 21. / 22. September 2006 Meiringen.
Wendeler, C., Volkwein, A., Roth, A., Herzog, B., Hählen, N., and Wenger, M., (2008): Hazard
prevention using fl exible multi-level debris fl ow barriers. In Proc. of Int. Symp. Interpraevent,
dornbirn, Austria, Band 1, pp. 547-554.
Herzog Ingenieure ETH/SIA (2006): Lokale lösungsorientierte Ereignisanalyse LLE Hasliberg/
Meiringen. Bericht Laborversuche Murgangrückhalt Gummen, WSL, Wendeler, C.,Birmensdorf,
11. August 2006.
Volkwein A. (2005): Numerical Simulation of fl exible rockfall protection systems, Proc. Computing
in Civil Engineering. Cancun: ASCE.
Wendeler C. (2008): Murgangrückhalt in Wildbächen – Grundlagen zu Planung und Berechnung
von fl exiblen Barrieren, Dissertation ETHZ, Zürich.
Technischer Bericht und Bemessung, Milibach Meiringen, Murgangrückhalt Louwenenbach,
Flexible Murgangrückhaltesysteme, Fatzer AG, Roth, A., Denk, M., Zünd, T., Romanshorn, August
2006.
Gutachten „Milibach Meiringen, Murgangrückhalt Louwenenbach“, Basler&Hofmann, Dr. M.
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Zimmermann, M., Geschiebeverhältnisse im Milibach. Thun 2005, Schweiz.
McArdell, B. W., Wendeler, C., Roth, A., Kalejta, J., Rorem, E. (2007): Field observations of the
interaction of debris fl ows with fl exible barriers, First North American Landslide Conference, Vail.
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Geobrugg protege a las personas e infraestructuras de las
fuerzas de la Naturaleza
La tarea de nuestros ingenieros y representantes es analizar en de-
talle el problema en conjunto con usted y en cooperación con las
ofi cinas de ingeniería locales, presentar las soluciones propuestas.
Pero no sólo una planifi cación minuciosa es lo que pueden esperar
de nosotros: Debido a que poseemos nuestras propias fábricas de
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