Historia de las barreras contra caída de Rocas (I)

Historia de las barreras contra caída de Rocas (I)

DE LA CERCA DE MADERA A LA RED DE ALTA ENERGÍA

INTRODUCCIÓN

Mientras que las protecciones contra avalanchas se pueden encontrar descritas desde 1518, la protección contra los riesgos de caída de rocas sólo se puede suponer que comenzaron en 1834, con el comienzo de la construcción del ferrocarril. Debe hacerse notar que en los 50 años entre 1835 y 1885, 195.833 kilómetros de líneas de ferrocarril se construyeron en Europa y 487.343 en todo el mundo con una considerable porción de ellos transcurriendo por regiones montañosas, con los nuevos vehículos que se movían mucho más rápido que los coches tirados por caballos, con una necesidad de mayor espacio para frenar, y con un mayor número de pasajeros transportados, la demanda de carreteras sin obstáculos y seguras crecieron rápidamente. En el momento del peak de construcción de líneas de ferrocarril en Alemania entre 1870 y 1880, un gran número de libros de textos, que aún merece la pena leer en estos días, ya habían sido publicados cubriendo todos los aspectos geotécnicos importantes en este contexto, la protección contra caída de rocas, sin embargo, no es mencionada. Hasta los años 1950 solamente se confiaba en materiales específicos de ferrocarril i.e. muros rígidos construidos de raíles y durmientes, como protección contra caída de rocas.

PRIMERAS APLICACIONES:

En su libro “Construcción de carreteras” ,capítulo “Varios dispositivos y sistemas a ser contados entre las estructuras de ingeniería” Ahlburg (1870, 315) menciona: “se requieren sin duda instalaciones especiales que contengan deslizamientos de rocas, formados por procesos de erosión para proteger el tráfico en las carreteras de montaña”. Sus conclusiones están ilustradas por la galería que se muestra en la fig. 1. No se mencionan otra posibilidades de protección.

Fig. 1: Galería de protección contra rodados según Ahlburg, 1870

 

El uso de redes de cables comenzó en la protección contra avalanchas con redes triangulares que conformaban mallas rectangulares originalmente montadas sobre postes de madera y después en postes de acero (Fig. 2) el tamaño de la malla era de 20 x 20 cm.

Fig. 2: Red de prevención contra avalanchas, sección independiente con armazón de madera
 

La primera aplicación fue en 1951 en Schafberg en Pontresina en el valle de la Engandina, Suiza. En 1952 a la fábrica de cables BRUGG AG se le otorgó una patente para este nuevo tipo de protección contra avalanchas. Redes de cable ya habían sido usadas previamente con objetivo de protección en las operaciones de voladuras. Al principio las redes se colocaban individualmente (Fig. 2), la idea de colocar estas estructuras en series sólo fue desarrollada en los años posteriores por el profesor Hafeli quien enseñó en el Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH) en Zurich, y quien inició los primeros métodos de dimensionamiento para estructuras de prevención de avalanchas a base de redes de cables, que han permanecido válidos hasta hoy en día.  La experiencia mostró que las estructuras de protección contra avalanchas durante el periodo de verano eran una y otra vez expuestas a caídas de rocas, resistiendo los impactos. Esta observación llevó a Bindschadler un empleado de alto mérito de la fábrica de cables BRUGG AG, a usar redes de cables también para la protección de caída de rocas.

Fig.3: Caída de rocas sobre una estructura de protección de avalanchas en Stotzigberg, Vasön, Suiza 1961

La primera estructura en el mundo erigida con redes de cables para protección contra caída de rocas fue instalada en 1958 en Brusio, al Sur de Suiza para la protección de las líneas de transmisión de energía, Campocologno – Cavaglia. La construcción, basada en redes rectangulares de 3 x 5 mts y altura 5 m, (alta, incluso para los estándares de hoy) se colocó sobre un muro de retención y tensionada con travesaños de acero.

La segunda estructura de protección contra caída de rocas siguió en 1959 cerca de Ardez y fue también erigida sobre un muro de retención.  Un ejemplo impresionante de la efectiva protección contra caída de rocas de las estructuras contra avalanchas se hizo evidente en 1961, cuando en la estructura de protección construida en 1954 en Stozigberg en el cantón de Saint Galen Suiza, fueron contenidas sin problemas rocas por un total de aprox. 5 m3. Cerca de Pfafers en el mismo cantón, redes de cables fueron instaladas en 1959 para proteger una carretera de caídas de hielo.

 

PRIMEROS ENSAYOS EN TERRENO

Ni los métodos para el dimensionamiento que ya eran habituales en la protección contra avalanchas estaban disponibles para mitigar los problemas de caídas rocas, ni la energía que estos sistemas podían absorber era aún conocida. Esto llevó a realizar los primeros test sistemáticos de caída de rocas en 1962.  En Brunnen en el lago Lucerna rocas de 520 N se dejaron caer en un silo de cereal desde una altura de 45 m con una energía mínima de 23 KJ sobre una red de cables de acero asegurada con cuerdas de nylon horizontalmente a un bastidor de acero (Fig. 4).

Fig. 4: Ensayos de caídas de rocas en Brunen/CH Suiza, 1962

 

A pesar del éxito de los ensayos (la red contuvo la roca sin sufrir daño) la carretera en Axen fue finalmente protegida con una costosa galería que aún puede verse en el lugar. En 1968, a sugerencia de la empresa de ferrocarriles BLS, rocas de hasta 10 KN se dejaron caer rodando por una pendiente hasta alcanzar una estructura de protección consistente en 3 secciones de redes diagonales de cables.

La capacidad de absorción de energía especificada para este sistema aún era baja. Sin embargo, las personas involucradas llegaron a la importante conclusión de que un adecuado aumento de absorción de energía, expresado por el trabajo mecánico W de la roca contra el sistema con una limitada absorción de fuerza del mismo, sólo podría ser lograda con el máximo desplazamiento posible s de acuerdo con la siguiente ecuación:

W = F · s

La elongación a la rotura de los cables de acero normales (de un 2,5% a 3%) no era suficiente para estos propósitos. Eventualmente podían construirse cables con elongaciones del 15% pero la resistencia mecánica era muy baja por lo que el efecto se mantenía bajo también. La solución solamente vino con el desarrollo de los elementos de freno. Esto permitió distancias de frenado que en la práctica solo eran limitadas por la capacidad de mantener la capacidad de retención de la estructura. Para poner de manifiesto los avances que éstos desarrollos han conseguido desde entonces: En pruebas llevadas a cabo actualmente en el sitio de pruebas de Walenstadt, Suiza un bloque de 16 T en caída libre desde una altura de 32 mts se detuvo completamente con 5.000 KJ, sin duda un record mundial. Por contraste el sistema mostrado en la (Fig. 5) sólo podría haber absorbido una fracción de ésta energía teniendo en cuenta su masiva construcción.

Fig. 5: Ensayos de caídas de rocas en Brunen/CH Suiza, 1962

 

Ensayos sistemáticos de caída de rocas destinados al desarrollo de sistemas con una capacidad de trabajo superior se desarrollaron a partir de 1975 en el sitio de pruebas de la empresa BRUGG AG, en la localidad de Birr, en cooperación con la empresa de ingeniería Heierli de Zurich (Heierli, 1976) en estos ensayos, bloques de hormigón de hasta 10 KN se dejaban caer libremente desde una grúa a una altura de 20 mts hasta redes de cable dispuestas horizontalmente. La estructura de soporte consistía en perfiles de acero (Fig. 6). Elementos de frenados fueron utilizados por primera vez durante estos ensayos.

Fig. 6: Ensayos en caída libre Bir/CH, 1975