Documento técnico: Marco para el diseño optimizado de terraplenes de protección contra caída de rocas reforzados con geosintéticos, parte 1

Por Pietro Rimoldi, consultor independiente de ingeniería civil y Nicola Brusa, ingeniero civil independiente de Tailor Engineering

En este artículo técnico, los autores proponen un marco para el método de diseño optimizado de terraplenes de protección contra caída de rocas de suelo reforzado con geosintéticos (RS-RPE).

Debido a la variabilidad de la geometría, el material de relleno del suelo, la construcción del terraplén, las diversas opciones de refuerzo, las interacciones entre el suelo y el refuerzo y el comportamiento dinámico del suelo, aún no se ha desarrollado un procedimiento de diseño coherente.

Por el momento, las normas o directrices de diseño para terraplenes reforzados sujetos a impactos dinámicos son todavía bastante vagas y se basan en datos supuestos, la mayoría provenientes de fuera del campo geotécnico. No hay mucha investigación específica disponible sobre el tema, y ​​ninguna formulación analítica ha demostrado ser lo suficientemente sólida como para proporcionar a los diseñadores un método de diseño simple y factible.

Los autores creen que este documento puede proporcionar un análisis completo de los fenómenos involucrados en los impactos de alta energía en RS-RPE. El objetivo de este artículo es desarrollar un marco para el diseño optimizado de RS-RPE, aplicable a todas las situaciones de interés práctico en términos de impactos de diseño, configuraciones de terraplenes y opciones de refuerzo.

En este artículo, los autores no describirán los diversos tipos de impactos, tipos de eventos de caída de rocas, el análisis de trayectorias, ni la definición estadística de la masa, velocidad y energía del impacto, sino que se centrarán únicamente en el diseño del RS-RPE para el impacto crítico dado.

En la parte 1, el documento presenta una revisión crítica de los métodos de diseño actuales y las pautas disponibles para RS-RPE, así como un análisis de los programas de investigación de prueba a gran escala disponibles en la literatura para identificar los mecanismos de los impactos de rocas en un RS-RPE. y la contribución del sistema de paramentos cuesta arriba sobre el desempeño de la estructura. Por lo tanto, el artículo presenta el procedimiento de diseño propuesto, ilustrado adicionalmente a través de diagramas de flujo de diseño.

En el próximo número de GE, en la parte 2, los autores presentarán un método de diseño original para RS-RPE sujeto a impactos de rocas de alta energía. Considerando un impacto totalmente inelástico, es posible calcular la energía de impacto, que produce la deformación compresiva (el cráter) en la cara de subida, y la energía residual, que se propaga hacia el lado del valle y produce la extrusión de la cara de bajada; Se supone que la energía de impacto residual se propaga en un cono de difusión, que diverge lateralmente de la huella de impacto en un ángulo de expansión α, mientras que en la parte superior e inferior, el cono está limitado por las superficies horizontales tangentes a la huella de impacto. La resistencia a la deformación por compresión cuesta arriba, proporcionada por el sistema de paramento, se tiene en cuenta a través de un factor empírico, proporcional a la capacidad de absorción de energía del propio sistema de paramento. La resistencia a la extrusión cuesta abajo es proporcionada por la resistencia al corte directo del suelo y por la resistencia al arrancamiento de las capas de refuerzo incluidas en el cono de difusión. A partir de la energía de impacto y la deformación total (cuesta arriba + cuesta abajo) es posible calcular la fuerza horizontal producida por el impacto sobre la estructura RS-RPE; esta fuerza se utiliza luego para verificar las condiciones de estabilidad global, externa e interna.

En las regiones montañosas y montañosas, la infraestructura y las personas a menudo se ven amenazadas por eventos de desprendimiento de rocas rápidos y destructivos. Si bien las rocas que caen pueden tener velocidades extremadamente altas, de hasta 30 m/s, estos eventos involucran un patrón complejo de movimiento (por ejemplo, desprendimiento, caída, rodadura, deslizamiento y rebote) de uno o más fragmentos de roca (Peila et al, 2007).

Los terraplenes de protección contra caída de rocas (RPE) han demostrado ser una medida segura para proteger a las personas, las estructuras y la infraestructura de los eventos de caída de rocas (Figura 1), y se están utilizando en todo el mundo.

Los RPE se pueden construir como terraplenes de suelo reforzado o no reforzado y se pueden diseñar para absorber energías de impacto medias a altas (1000 kJ a 30 000 kJ). Dependiendo de sus características, estas estructuras podrían soportar múltiples impactos.

Los RS-RPE se pueden construir en varias formas y tamaños para adaptarse al sitio, utilizando una amplia gama de elementos de refuerzo internos (geomallas, geocintas, geotextiles y mallas de acero) y sistemas de revestimiento (envolventes, gaviones, geoceldas, sacos de arena, neumáticos y etc.), algunos de los cuales proporcionan un efecto de amortiguación en la cara de la ladera.

Mediante una combinación de deformación y compactación interna del suelo, así como la resistencia a la tracción y extracción de los refuerzos geosintéticos, los RS-RPE absorben la energía del impacto de los bloques de roca que caen.

Según Peila et al. (2002), los terraplenes reforzados son la solución más adecuada en aquellas áreas donde se anticipa que los bloques que caen tendrán volúmenes o velocidades lo suficientemente grandes como para pasar la resistencia máxima de las barreras de protección contra rocas de malla de alambre tradicional o cuando se trata de infraestructura importante y crítica como montañas. carreteras o vías férreas, así como zonas pobladas.

Los RS-RPE pueden proporcionar ventajas importantes en comparación con los RPE:

Además, siempre que se utilicen geosintéticos, y en particular geomallas o geocintas, como elementos de refuerzo, también se introducen las siguientes ventajas:

Los RS-RPE se han utilizado durante más de 50 años. Numerosos trabajos de investigación (ver siguiente apartado) se han llevado a cabo desde la década de 1980 con el objetivo de mejorar su diseño, en particular con respecto a la capacidad de la estructura para resistir el impacto. Parte de esta investigación fue adoptada por prácticas de ingeniería, ya sea a través de recomendaciones nacionales o métodos de diseño. En particular, se han publicado algunas recomendaciones para definir la geometría de la estructura (altura de la estructura e inclinación de la cara) y se han desarrollado varios métodos de ingeniería en las últimas dos décadas para predecir la capacidad de RS-RPE para resistir impactos.

Aunque han mejorado los métodos de diseño de terraplenes para evaluar el control de la trayectoria y la estabilidad del impacto, se han identificado una serie de limitaciones, como se explica a continuación.

El diseño de RS-RPE debe considerar los complejos mecanismos dinámicos que ocurren durante el impacto, que depende de la energía del impacto, los materiales del terraplén y las características geométricas, las propiedades del refuerzo y el diseño (es decir, espaciamiento y distribución longitudinal/transversal). Como consecuencia, los modelos analíticos disponibles aún no son satisfactorios para este propósito. No dan buenas estimaciones de las fuerzas de impacto, la penetración de bloques y la extrusión cuesta abajo, así como las fuerzas de disipación de energía.

Los análisis de modelos numéricos y métodos de elementos finitos (FEM) se desarrollaron en esos años, pero estos métodos requieren validación, que la mayoría de las veces se basa en costosos experimentos a escala real que involucran energías de alto impacto para simular el impacto real. Los modelos numéricos en este caso podrían utilizarse con fines de investigación, junto con experimentos a gran escala, para mejorar los modelos analíticos para diferentes casos de carga.

Los modelos numéricos pueden ser útiles para evaluar los efectos de los impactos de los bloques en los RS-RPE, incluso si a menudo dichos modelos representan el terraplén de suelo reforzado como una masa de suelo con mayor rigidez, sin considerar el tipo de refuerzo y el rendimiento, que aún no se abordan. Además, modelar satisfactoriamente la respuesta al impacto de los RPE requiere la definición de leyes constitutivas y características mecánicas, lo que generalmente es difícil cuando se considera la naturaleza impulsiva y dinámica de las cargas de impacto.

Por lo tanto, el diseño de RPE se ha basado, hasta ahora, en enfoques simplistas, considerando la dinámica solo en menor medida. Además, no existen pautas precisas para el desempeño de los RS-RPE.

Las directrices más completas disponibles en todo el mundo para RPE son las italianas (UNI 11211-4:2018) y las austriacas (ONR 24810:2020), ambas con referencias cruzadas también por la Sociedad Geotécnica de Nueva Zelanda (NZGS)/Ministerio de Innovación y Negocios Empresariales. Guía de empleo (MBIE) (MBIE, 2016). En estas pautas, los RPE se pueden reforzar con elementos de acero o geosintéticos y queda claro en estos documentos que las capas de refuerzo mejoran significativamente la capacidad de un terraplén para soportar impactos.

La norma italiana UNI 11211-4:2018 proporciona recomendaciones para los datos de entrada necesarios para el diseño de RPE. Pero no especifica cómo usar los datos de entrada para verificar la respuesta de la estructura a un impacto dado; sólo se indica cómo se debe comparar la penetración del bloque con el ancho de la sección transversal del RPE. Además, estas pautas se refieren al caso de un volumen de bloque único dado en un área de liberación dada. El diseño del RPE necesita definir la altura de impacto, la velocidad del bloque y la energía cinética del bloque de diseño, obtenidas de la elaboración estadística de simulaciones de trayectoria, como el percentil 95% de la distribución estadística de estos parámetros. El estándar recomienda que se detengan todos los bloques de un escenario de lanzamiento dado. La principal limitación de esta norma es que no se da ninguna indicación para el diseño del RPE con respecto al impacto del bloque.

Los métodos analíticos disponibles en la actualidad desarrollados a lo largo de los años se basan en la penetración de bloques o la fuerza de impacto para proporcionar a los ingenieros de diseño herramientas fáciles de usar. Sin embargo, su aplicabilidad puede verse limitada debido a la incertidumbre asociada con sus supuestos y cálculos, que no necesariamente están relacionados con la geotecnia o la mecánica de rocas.

Como mencionan Lambert & Kister (2017):

Además, al comparar los datos experimentales y los resultados obtenidos con los métodos analíticos disponibles y con los modelos numéricos disponibles, se obtuvieron los siguientes resultados principales (Peila et al, 2007):

En resumen, la evaluación analítica y teórica del efecto del impacto de bloques con alta energía cinética contra un terraplén de suelo reforzado es muy difícil, debido al comportamiento plástico del suelo y las grandes deformaciones que se producen durante el evento dinámico.

Históricamente, el diseño de un RS-RPE se basaba en cálculos derivados de ensayos sobre el efecto del impacto de un proyectil contra el terraplén o de los estudios del impacto de la caída de bloques sobre cobertizos de roca cubiertos con un colchón de tierra. Solo se ha llevado a cabo un número limitado de pruebas a escala real (ver la siguiente sección) para comprender completamente el comportamiento de un RS-RPE en las condiciones reales del impacto de un bloque de roca.

Dado que los RS-RPE tienen secciones transversales generalmente trapezoidales, de 3 m a 8 m de espesor en el centro de impacto, generalmente hechos de suelo friccional no cohesivo, reforzado con varias capas de geosintético con resistencias a la tracción en el rango de 50 kN/m a 300 kN/m, y sujetos a impactos de bloques de diferentes formas (más a menudo cúbicos o esféricos), que viajan de 1 m/s a 30 m/s, que generan energía de impacto del orden de 1.000 kJ a 30.000 kJ, está claro que los modelos mencionados anteriormente son Difícilmente aplicable a RS-RPEs reales.

Los resultados de las pruebas a gran escala son importantes para comprender el comportamiento de los RS-RPE bajo impactos de bloques de roca de alta energía, como se explica a continuación.

Peila et al (2002) realizaron pruebas a gran escala con impactos producidos por bloques cúbicos de cantos rodados de hormigón, con un peso de 5 t a 10 t, con una velocidad en el punto de impacto de aproximadamente 31,7 m/s y una energía cinética de hasta 4354 kJ. Se desarrollaron modelos FEM de las pruebas de impacto para mejorar la comprensión de los fenómenos dinámicos.

El impacto sobre el RS-RPE, que se muestra en la Figura 2(a) a la izquierda, reforzado con geomallas extruidas y revestimiento envolvente, produjo un cráter en la ladera con una profundidad máxima de aproximadamente 1 m, mientras que en el lado del valle un gran desplazamiento de unos 0,9 m se observó. El desplazamiento máximo medido en el lado del valle fue concentrado o más bien confinado por los refuerzos en las dos capas de refuerzo involucradas en el impacto. Después de la prueba, se cavó el terraplén reforzado y se observó una fisura de tensión (Figura 2(b)); esta grieta de tensión estaba 0,6 m por debajo de la parte superior y luego se extendía hacia adentro hacia abajo casi siguiendo la forma de la roca. La grieta de tensión tenía unos 140 mm de ancho. La grieta de tensión prácticamente separó la masa de suelo en dos partes.

Figura 2 (a) (arriba) Secciones transversales del RS-RPE probado; Figura 2 (b) (abajo) la fisura por tensión observada después de la primera prueba (de Peila et al, 2002). La grieta de tensión prácticamente separó la masa de suelo en dos partes.

Después de las otras dos pruebas de impacto, cada una de las cuales desarrolló alrededor de 4.300 kJ, se demostró que una barrera de este tipo puede detener hasta tres rocas de alta energía antes de colapsar. El colapso se debió a la falla de las capas de refuerzo y la pérdida de compactación en el medio del suelo.

Se realizó otro ensayo de impacto para evaluar el comportamiento de un terraplén de paredes empinadas, no reforzado, con la misma forma y geometría del reforzado; toda la estructura se derrumbó inmediatamente después del impacto, pero el bloque fue detenido por el terraplén, deteniendo su vuelo después de penetrar en el interior de la cara frontal durante aproximadamente 1,5 m. La medición de la deformación en el lado del valle fue imposible debido al colapso del relleno. Es importante notar que el terraplén no reforzado falló a lo largo de dos superficies perpendiculares al frente, por lo tanto, sin distribución lateral de la carga de impacto.

Se realizó una prueba adicional para evaluar la influencia del encofrado de revestimiento de malla de acero (Figura 2(a) derecha) en el comportamiento global del terraplén. Luego del impacto se midió un cráter con una profundidad máxima de 0.9m, mientras que la deformación del lado del valle presentó desplazamientos de alrededor de 1m, debido a que se arrancaron las geomallas que envolvían las capas tres y cuatro (desde la parte superior), lo que permitió que se produzcan grandes deformaciones.

Se utilizó una prueba con un relleno de suelo ligeramente más débil para la construcción del terraplén reforzado, con el fin de evaluar el papel de la plasticidad y resiliencia del suelo en la fase de impacto y post-impacto. La roca produjo un gran cráter con una profundidad máxima de unos 2 m, que involucra cuatro capas de suelo. En el lado del valle se midió un desplazamiento máximo de 0,8 m.

Estas pruebas mostraron claramente que la profundidad del cráter en la ladera y la extrusión en el lado del valle dependen, a igualdad de geometría del RS-RPE, de la propiedad y disposición del refuerzo, las propiedades de relleno y el tipo de paramento en la ladera. . El hecho de que las geomallas no se rompieran durante las pruebas valida la hipótesis de un comportamiento perfectamente elástico del refuerzo y de una mayor resistencia dinámica y módulo bajo cargas impulsivas.

Otras pruebas a gran escala están disponibles en la literatura, y estas publicaciones básicamente confirman el análisis anterior, al tiempo que proporcionan resultados adicionales relacionados con diferentes tipos de sistemas de paramento en la ladera del RS-RPE.

Yoshida y Nomura (según lo informado por Yoshida, 1999) llevaron a cabo nueve pruebas, con energía de impacto que oscila entre 58 kJ y 2700 kJ, en un RS-RPE con un sistema de revestimiento que incluye dos tipos de bolsas llenas de arena (Figura 3). Estas pruebas demostraron que un sistema de amortiguación en la ladera puede reducir la profundidad del cráter y puede simplificar el mantenimiento posterior al impacto de la estructura de la ladera; incluso si la extrusión en la cara del lado del valle se redujera ligeramente con un sistema de doble bolsa de este tipo.

Figura 3. Pruebas realizadas por Yoshida y Nomura en un RS-RPE con un sistema de revestimiento que incluye dos tipos de sacos rellenos de arena: (a) esquema del impacto de un canto rodado en el RS-RPE; (b) sección transversal del RS-RPE que muestra el sistema de revestimiento (según Yoshida, 1999).

Lambert et al (2009) realizaron ensayos sobre una estructura consistente en un muro tipo sándwich apoyado contra un terraplén de suelo reforzado (Figura 4). Las jaulas de gaviones estaban compuestas por una malla de alambre hexagonal con una malla de 80 mm por 120 mm. Las jaulas de gaviones tienen forma de paralelepípedo, subdivididas en tres o dos partes de 1m3. Los materiales de relleno eran materiales no cohesivos granulares gruesos o finos. Este último consistía en arena sola o como una mezcla que contenía un 30 % en masa de neumáticos desechados. Lambert et al (2009) informan que, durante el impacto, la energía cinética de la roca se transfiere al terraplén a través de la onda de compresión. Se ha demostrado que la onda de compresión viaja progresivamente desde el punto de impacto a toda la estructura, dentro de un cono. Al acercarse al paramento opuesto al impactado, la onda de energía resultó en un mayor desplazamiento del suelo. Estos resultados sugieren que las características mecánicas de los materiales cerca del frente gobiernan la interacción canto rodado-estructura y, en consecuencia, la fuerza de impacto, con consecuencias para el estrés transmitido dentro de la estructura, mientras que las características de toda la estructura gobiernan su respuesta y capacidad para sobrevivir. la carga de impacto. Lambert et al (2009) agregaron que los métodos de diseño relevantes deberían poder tener en cuenta la interacción roca-estructura-frente, y el llamado efecto de contrafuerte del resto de la estructura.

Figura 4. Pruebas realizadas por Lambert et al. (2009) sobre un RS-RPE con un sistema de paramento que incluye gaviones rellenos con relleno grueso y fino.

Maegawa et al (2011) realizaron pruebas de caída de rocas en terraplenes a gran escala reforzados con geomallas y protegidos por una capa de amortiguación de 800 mm de espesor hecha de geoceldas, con una altura de celda de 150 mm, rellena con piedras trituradas de 5 mm a 13 mm de diámetro (Figura 5). Bajo una energía de impacto de 2,71 MJ, el cráter tenía una profundidad máxima de 1900 mm, mientras que la protuberancia máxima era de 441 mm. Por lo tanto, según Maegawa et al (2011), la capa de amortiguación se daña a cambio de desempeñar el papel de amortiguador del terraplén, pero se puede reconstruir fácilmente. Por el contrario, no es tan fácil reparar el terraplén dañado por el impacto directo de un canto rodado. Por lo tanto, una capa amortiguadora es efectiva no solo para proteger los terraplenes sino también para reducir los costos del ciclo de vida.

Figura 5. El RS-RPE probado por Maegawa et al. (2011), con sistema de revestimiento compuesto por geoceldas: (a) (arriba) sección transversal que muestra el sistema de revestimiento de geoceldas; (b) (abajo) dimensiones de los RS-RPE probados

Green (2019) llevó a cabo pruebas en las que las energías de impacto se entregaron al RPE a través de un bogey rodante equipado con una cabeza de impacto esférica. La cabeza de impacto consistía en un domo esférico de acero reforzado con acero y relleno de hormigón de 1 m de diámetro. El RPE probado (Figura 6) utilizó una configuración modificada de bloques de rompeolas junto con una capa de disipación de energía pendiente arriba que consiste en canastas de gaviones llenas de arena y rocas. Los bloques de hormigón eran de 2 m por 1 m por 1 m, con un peso de unos 5.000 kg. Las cestas de gaviones eran de 2 m por 0,5 m por 0,5 m. Aunque la estructura ensayada es un RPE no reforzado, es interesante porque ambas caras son verticales, por lo que no hay variación de la sección transversal con la altura. Los resultados de las pruebas mostraron que, cuando el impacto ocurre más cerca de la base o de la parte superior, los esfuerzos verticales más altos o más bajos en el plano de deslizamiento (que es el mismo en cualquier elevación) aumentan o disminuyen los esfuerzos cortantes resistentes.

Por lo tanto, se puede inferir que los desplazamientos horizontales son resistidos por cortante directo en las superficies superior e inferior del cono deslizante si no hay refuerzo. Si hay refuerzo, los desplazamientos horizontales se resisten mediante la extracción de las capas de refuerzo dentro del cono. Tanto para corte directo como para extracción, la resistencia disminuye si el impacto está más cerca de la parte superior porque se producen menores esfuerzos verticales. Por lo tanto, la resistencia a la extrusión hacia abajo se produce por cortante directo en caso de que no haya refuerzo, y tanto por cortante directo como por extracción en caso de terraplén reforzado.

Figura 6. (a) (arriba) Sección transversal del muro modular de protección contra caída de rocas; (b) (abajo) Muro de prueba A después de la prueba 3 (deslizante, 750 kJ) (de Green, 2019)

Tal como lo reportan Lambert & Kister (2017), la respuesta del RPE al impacto, hasta el colapso, puede describirse como un proceso de cuatro fases, tal como lo proponen Lambert y Bourrier (2013) (Figura 7).

Figura 7. Descripción esquemática de 4 fases de la respuesta del RPE al impacto, hasta el colapso (según Lambert & Bourrier, 2013). De izquierda a derecha: (a) Huella de impacto de roca; (b) La onda de energía produce compresión en la masa de suelo adyacente a la huella de impacto de la roca; (c) después de cierta distancia, la energía residual produce la aceleración de la masa de suelo más allá del cráter y un movimiento horizontal hacia afuera; (d) en el límite entre la zona comprimida y la "tensada", se forman grietas y la masa de suelo se separa en dos partes.

Es claro que el comportamiento de los diferentes mecanismos mencionados anteriormente depende de la energía del impacto en proporción a la capacidad de absorción de energía del terraplén. Para energías de impacto bajas, la penetración requerida para detener el bloque y el esfuerzo generado dentro del terraplén son pequeños. La deformación residual de la cara cuesta abajo es pequeña en comparación con la penetración del bloque. La energía del impacto se disipa por compactación y trituración del suelo en las inmediaciones del área de impacto, mientras que solo una pequeña parte se propaga por ondas elásticas.

Por supuesto, en el caso de una mayor energía de impacto, aumentan la penetración del bloque y la tensión dentro del terraplén. El desplazamiento del frente cuesta abajo aumenta y, para estructuras esbeltas, el desplazamiento puede tender progresivamente hacia el valor del desplazamiento del frente cuesta arriba. Y, cuanto más grueso es el terraplén, menor es el desplazamiento del frente cuesta abajo.

También está claro que los mecanismos de disipación ocurren por la compactación del suelo cerca del punto de impacto y por la disipación por fricción a lo largo de los planos de corte más allá del cráter de impacto.

La disipación de energía general a través de la compactación del suelo sigue siendo predominante durante el proceso de impacto, con una proporción estimada de alrededor del 75% al ​​80% de la energía cinética del bloque. La influencia de los parámetros asociados con la respuesta a la compresión, el ángulo de fricción y la unidad de masa en el comportamiento de toda la estructura depende de la energía de impacto, las dimensiones de la estructura y las condiciones de contorno de la estructura. Esta influencia aumenta con la energía cinética del bloque.

El comportamiento de un terraplén sujeto a un desprendimiento de rocas depende en gran medida de la altura del impacto, cuanto más cerca esté el impacto de la cresta, mayor será la penetración, con efectos perjudiciales en la estabilidad de la estructura.

Las capas de refuerzo mejoran significativamente la capacidad de un terraplén para resistir el impacto. Tales capas de refuerzo, hechas de geomallas, geocintas o geotextiles, distribuyen la carga de impacto a lo largo del eje del terraplén. La carga de impacto se distribuye así a las masas de suelo a una distancia a ambos lados del área impactada. En las proximidades del impacto, el efecto de confinamiento resultante de las capas de refuerzo aumenta la resistencia a la penetración del terraplén. Además, si el refuerzo afecta también a la cara de descenso del RPE, la capa frena el desplazamiento de esta cara y aumenta así la capacidad de resistir el impacto.

Finalmente, es importante señalar que todos los ensayos muestran que el refuerzo produce un aumento del ángulo de distribución de la carga.

El marco propuesto para el diseño de RS-RPE, presentado en las siguientes secciones, es consistente con toda la evidencia de mecanismos y comportamiento de las pruebas a gran escala, como se explicó anteriormente.

Los autores sugieren que el diseño de un RS-RPE debe realizarse siguiendo estos pasos (ver Figuras 8 y 9):

1. Realizar análisis de riesgo para definir el tamaño, forma y masa del bloque de diseño (las pautas se pueden encontrar en ONR 24810 y UNI 11211)

2. Definir la posición del RS-RPE, considerando su extensión longitudinal y altura en relación con las trayectorias potenciales de los bloques de diseño y los objetos o infraestructuras a proteger (los lineamientos se encuentran en ONR 24810 y UNI 11211)

3. Realice el cálculo estadístico de las trayectorias de los bloques para definir la velocidad del bloque, la altura de rebote y la energía cinética en el punto de impacto con el RS-RPE (hay paquetes de software específicos disponibles, por ejemplo, Rocscience Rocfall 3, Geo Stru Geo Rock 3D, etc.)

4. En caso de que las trayectorias no coincidan con la posición y/o altura del terraplén, volver al punto 2 y corregir la posición y/o altura del RS-RPE

5. Con base en los datos de impacto del diseño calculados en el punto 3, realice un diseño preliminar del RS-RPE, que incluya la geometría, el tipo y la disposición del refuerzo, el tipo de relleno y el sistema de revestimiento.

6. Realizar análisis de estabilidad global, externa e interna considerando el RS-RPE y el talud sobre el que está construido, en condiciones estáticas y, en su caso, en condiciones sísmicas (antes de cualquier impacto). Comprobar que no se alcancen los estados límite últimos (ULS) (no se producirá el colapso de la estructura); todos los factores de seguridad deberán ser mayores a los valores mínimos exigidos por las normas geotécnicas para análisis ULS en condiciones estáticas o sísmicas.

7. Realizar análisis dinámicos del impacto del diseño, con la evaluación de la profundidad de penetración en la ladera y la longitud de extrusión en el lado del valle, siguiendo el marco presentado en la siguiente sección. Comprobar que no se alcanzan los estados límite de servicio (SLS) (las deformaciones no deben afectar a otras estructuras y deben permitir una fácil rehabilitación y reparación del RS-RPE); tenga en cuenta que solo la componente horizontal de la velocidad de impacto es relevante para el diseño del refuerzo. Se deben verificar las siguientes condiciones de SLS:

8. Realizar análisis de estabilidad global, externa e interna considerando el RS-RPE y el talud sobre el que está construido, bajo las fuerzas dinámicas generadas por el impacto, las cuales se pueden definir siguiendo el marco presentado en la siguiente sección. Comprobar que no se alcancen ULS (colapso de la estructura); todos los factores de seguridad deberán ser mayores que los valores mínimos requeridos por las normas geotécnicas para análisis ULS bajo condiciones de carga transitoria/impulsiva.

9. Si uno o más análisis (ULS y/o SLS) no se verifican, repetir el procedimiento desde el punto 5 y modificar el diseño del RS-RPE por ensayo y error.

Tenga en cuenta que:

Al realizar el diseño preliminar y final del RS-RPE, se debe considerar lo siguiente:

Figura 8: Diagrama de flujo del proceso de diseño de RPS (Sistema de protección contra caída de rocas) pasivo (modificado de MBIE, 2016). Para el diseño del RS-RPE siga el diagrama de flujo de la Figura 9.

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