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Década y media de experiencia en protección flexible contra corrientes de detritos

Corinna Wendelera
Matthias Denkb
Roberto Luis-Fonsecaa
Carles Raïmata
Nadine Freigera
Eberhard Grönera
a Grupo Geobrugg (Romanshorn, Suiza)
b EMDES Environmental Engineering(St. Gallen, Suiza)

28/03/2022

En los últimos 15 años, se han instalado más de 250 barreras flexibles compuestas por redes de anillos, para la protección contra flujos de detritos y para la estabilización de las márgenes de los cauces, en más de 25 países. Esto ha permitido proteger de grandes daños a núcleos poblacionales e infraestructuras, como carreteras y líneas ferroviarias. Estas barreras se han establecido como un producto europeo certificado que ha obtenido el marcado CE.

Esta contribución relata la evolución de las primeras de estas barreras ensayadas a escala natural, que condujeron a los sistemas actuales de barreras estandarizadas, y que han permitido la ejecución de múltiples proyectos de éxito en pleno funcionamiento. Mediante casos de éxito se destacarán las ventajas y los desafíos de esta tecnología en lo que respecta a tecnología de construcción, aspectos económicos y enfoque respetuoso con el medio ambiente.

1.- Introducción

Ensayos a escala natural realizados en Illgraben, Suiza, entre 2005 y 2008 demostraron la viabilidad de retener materiales sólidos arrastrados por flujos de detritos. El estudio comienza por el análisis de la eficiencia de algunos de los primeros proyectos piloto, en su mayoría instalados en Suiza. Luego, en colaboración con el Instituto Federal de Bosques, Nieve y Paisaje (WSL), se estableció un procedimiento o metodología de diseño que consideró combinaciones de carga. Finalmente, se sistematizó o estandarizó su utilización a partir de la simulación del comportamiento del conjunto flexible de alta resistencia con ayuda del software FARO. Para verificar y calibrar los resultados del software, se utilizaron datos de los ensayos a escala natural.

Tras este desarrollo, las barreras flexibles de redes de anillos ASM 4:11 se convirtieron en una eficiente alternativa a las soluciones clásicas contra los fenómenos torrenciales de flujo de detritos en Europa, EE UU y América del Sur. En proyectos de gran envergadura, donde las barreras se instalaron en fila en el mismo canal, también se comprobó la eficiencia de retención de grandes volúmenes y la factibilidad de este tipo de instalación de forma escalonada.

Los diseñadores e ingenieros aprecian las barreras flexibles, pues son una alternativa eficiente, práctica y económica a las protecciones clásicas existentes contra el flujo de detritos2.

Quince años de experiencia con barreras flexibles significan que el mercado ha reconocido sus ventajas ya que se ha establecido su eficiencia en el terreno. El creciente conocimiento de las barreras individuales, las barreras escalonadas y de grandes dimensiones han permitido comprender las ventajas, pero también los límites, de un sistema de barreras de este tipo para la retención y el control de los flujos de detritos. Este conocimiento adquirido se presenta en el siguiente trabajo, acompañado de casos de estudio.

2.- Ensayos a escala natural en Illgraben, desarrollo de barreras estándar y Marcado CE

2.1.- Ensayos a escala natural en Illgraben

Entre 2005 y 2008, se realizaron ensayos a escala natural en el canal de Illgraben, Wallis, Suiza (Wendeler, 2008). En dichos ensayos se pudo observar que las barreras de protección contra caída de rocas retenían algunos deslizamientos y materiales sólidos resultantes de flujos de detritos, luego el primero de los enfoques fue energético. La observación de campo hizo que esta analogía fuese desechada, pues no describía de forma efectiva la combinación de carga a la que está sometido el trasdós de la barrera, simplemente faltaba un concepto robusto de dimensionamiento para demostrar que las barreras flexibles compuestas por redes de anillos podían retener flujos de detritos más grandes en un canal sin sufrir daños (Wendeler, 2008).

En Illgraben, un evento de tamaño mediano a grande ocurre al menos un par de veces al año de forma natural y, por lo tanto, la solución flexible pudo probarse con mucha frecuencia (fig. 1).

Fig.1. Ensayo del sistema flexible en el canal Illgraben, Suiza 2006. Volumen de retención aproximado 1.000 m3

Fig.1. Ensayo del sistema flexible en el canal Illgraben, Suiza 2006. Volumen de retención aproximado 1.000 m3.

Con los ensayos, se definieron y analizaron dos características clave: por una parte, una sola barrera podría, dependiendo de la geometría del canal, retener más de 1.000 m3. Por otra parte, se observó que más de 10.000 m3 fluían sobre la barrera sin ocasionarle daños. Esto permitió el diseño y construcción de un sistema de retención compuesto por varias barreras escalonadas (en fila) para retener con éxito la mayor parte del material.

En relación con el dimensionamiento, se pudo determinar la entidad de la máxima presión de impacto3 que actúa sobre el trasdós de la barrera durante un evento. Ello permitió el desarrollo del trabajo (Wendeler, 2006), que condujo al concepto de dimensionamiento final (Wendeler, 2008).

2.2.- Desarrollo de barreras estandarizadas

El concepto de dimensionamiento, así como la distribución de la carga en la barrera, se integraron en el software de elementos finitos FARO (Volkwein, 2004) y los primeros proyectos, principalmente en Suiza, se dimensionaron con él. Tras los primeros proyectos, se diseñaron barreras estándar con una determinada capacidad de carga en kN/m2. Las barreras estandarizadas tipo VX están concebidas para canales de hasta 15 m de ancho y altura de barrera de hasta 6 m, soportando cargas de hasta 160 kN/m2. Las barreras UX encuentran su aplicación en canales más anchos, se instalan con postes, una altura de barrera de hasta 6 m y soportan cargas de 180 kN/m2 (Geobrugg, 2016) (fig. 2).

El concepto de dimensionamiento de última generación para flujos de detritos está disponible de forma gratuita a través del software DEBFLOW4. Este software permite realizar una primera estimación para el dimensionamiento de una barrera o conjunto de ellas.

Fig. 2. Barrera contra flujo de detritos, tipo UX con postes para la aplicación de canales más anchos. Trachtbach, Suiza...
Fig. 2. Barrera contra flujo de detritos, tipo UX con postes para la aplicación de canales más anchos. Trachtbach, Suiza. A lo largo del cauce se colocaron además protecciones contra la socavación (escolleras y hormigón pobre).

2.3.- Marcado CE

Ensayos a escala natural (1:1) fueron la base para desarrollar y certificar un sistema de barreras estandarizado. El proceso de certificación se desarrolló durante el año 2017. El marcado CE se basa en un 'Documento de Evaluación Europeo' (EAD 340020-00-1062) que define con precisión la idoneidad, la clasificación de tipo y los controles de calidad anuales necesarios para cumplir con un determinado estándar (fig. 3). En él se establece que los productos con Marcado CE cumplen las directrices europeas de calidad de producto y adecuación de campo (ETA 17/0268-17/0276 y ETA 17/0439)5.

Fig. 3. EAD 340020-00-1062 donde se estable la máxima presión de impacto ps en kN/m2 como parámetro fundamental de dimensionamiento...

Fig. 3. EAD 340020-00-1062 donde se estable la máxima presión de impacto ps en kN/m2 como parámetro fundamental de dimensionamiento.

3.- Herramientas de dimensionamiento

El pre-dimensionamiento de una barrera flexible estándar de hasta 6 m de altura se puede realizar fácilmente con ayuda del software DEBFLOW. Un escenario de mayor complejidad requiere el soporte técnico de especialistas que puedan dimensionar la barrera a partir del empleo del software de simulación FARO (Volkwein, 2004) y seleccionar su emplazamiento dentro del curso a partir de herramientas avanzadas de diseño en 3D como el RAMMS::DEBRIS FLOW6 (fig. 4). En la sección 6 se presentan algunos ejemplos relacionados con la construcción de diversas tipologías de esta solución.

Fig. 4. Ejemplo de simulación con RAMMS:DEBRIS FLOW. Análisis retrospectivo de la propagación de una corriente de detritos. Portainé España...

Fig. 4. Ejemplo de simulación con RAMMS:DEBRIS FLOW. Análisis retrospectivo de la propagación de una corriente de detritos. Portainé España.

3.1.- Combinaciones de carga, como deslizamientos de nieve y caída de rocas

En ciertos casos, en su mayoría terrenos abruptos con pendientes pronunciadas (> 35°) y a gran altura, se encontrarán deslizamientos de nieve, pequeñas avalanchas/ purgas o desprendimientos de rocas, que podrían o impactarán en las barreras. Un ejemplo de esta situación es la instalación de barreras múltiples concatenadas en Hasliberg, Suiza. Algunas de las barreras están situadas por encima de los 2.000 m de altura. Dado que las barreras flexibles también se utilizan como protección contra avalanchas y contra desprendimientos de rocas, se puede garantizar un cierto grado de carga combinada. Se puede calcular la carga combinada y dimensionar una barrera para cada caso específico mediate el empleo del citado software de simulación FARO (Volkwein, 2004).

Los componentes específicos de la barrera se pueden redimensionar de forma racional de acuerdo con los resultados de la simulación (Wendeler, 2014). La Figura 5 ilustra el caso de carga simulada para la barrera número 2 en Hasliberg en una situación de impacto de avalancha lateral, con un ángulo de 10° y una carga cuasi-estática en el trasdós de 120 kN/m2. En este caso especial, los cables de retención al monte se llegan a cargar hasta el 70% de su capacidad. La figura 6 muestra la carga de nieve sobre la barrera en invierno.

Fig. 5. Salida gráfica del software de simulación FARO, barrera afectada por una avalancha en Hasliberg, Suiza
Fig. 5. Salida gráfica del software de simulación FARO, barrera afectada por una avalancha en Hasliberg, Suiza.
Fig. 6 Barrera de la figura 5, parcialmente cubierta de nieve durante el invierno...
Fig. 6 Barrera de la figura 5, parcialmente cubierta de nieve durante el invierno. La carga de nieve debe tenerse en cuenta para el dimensionamiento final de la barrera. Hasliberg, Suiza.

4.- Aspectos constructivos

4.1.- Condiciones del terreno, cimentación y anclaje

Si bien la red en sí es fácil de modelar y dimensionar, el anclaje seguro es más complicado. Idealmente, se dispone de un perfil geológico detallado de la sección a proteger, así como de los parámetros geotécnicos del terreno. Tener la posibilidad de realizar ensayos de investigación a tracción en los anclajes, para evaluar la fricción entre la pared del taladro y la lechada es muy ventajoso. Los depósitos de los flujos de detritos por lo general son de naturaleza heterogénea y se depositan a lo largo de las márgenes del canal afectando la calidad del terreno de cimentación para el anclaje. El dimensionamiento de los anclajes debe ser realizado por expertos en función de las solicitaciones esperadas. En caso de que las pardes de los taladros sean inestables debido al tipo de suelo, se recomienda utilizar anclajes autoperforantes combinados con cabeza de anclaje flexible. Cuando se carga, la barrera se deforma en gran medida y las fuerzas de los cables sobre los anclajes pueden cambiar hasta 30° de ángulo. Esta excentricidad sin cabeza de anclaje flexible no es soportable para un anclaje normal compuesto de armadura de barra roscada, ya que su resistencia al cortante es menor que el componente a tracción.

4.2.- Reutilización del anclaje después de un evento de flujo de detritos

Sin una estabilización adicional de los flancos, se puede observar un cierto grado de deterioro (lavado) a lo largo de las márgenes, especialmente en suelos sueltos (fig. 7). En caso necesario se puede reemplazar la red, técnicamente se puede reutilizar el anclaje, si la parte superior ha sido sometida a socavación, es posible recortar el tramo sobrante de barra y colocar una nueva cabeza flexible cerca de la superficie del terreno, no sin antes realizar una prueba de carga, para saber si la longitud remanente es suficiente. Asumiendo que la longitud inicial -perforada para alojar el anclaje la primera vez-, tenía un factor de seguridad apropiado, por ende existe una cierta longitud remanente en reserva. En el caso de llenado frecuente de la barrera, se recomienda diseñar los anclajes con suficiente longitud y/o evitar el lavado-socavación de las márgenes con contramedidas estructurales.

Fig. 7. Anclaje lateral deslavado, barrera Nº 25 en el canal Illgraben, Suiza...
Fig. 7. Anclaje lateral deslavado, barrera Nº 25 en el canal Illgraben, Suiza. Anclaje lateral parcial en material suelto y antiguo dique de hormigón en desuso.

4.3.- Contramedidas estructurales: protección de las márgenes

El lavado de las márgenes y su erosión son frecuentes cuando se produce un evento, especialmente en las curvas a lo largo del curso. La entidad de la erosión depende del volumen arrastrado, la granulometría del mismo y la velocidad del flujo. Dependiendo del proyecto, se debe considerar un refuerzo del margen exterior (escolleras, muro de hormigón, gaviones) o estabilización adicional de la margen mediante sistemas de membranas flexibles, con o sin geomantos de control de erosión (fig. 8).

Fig. 8.- Sistema de estabilización de taludes para controlar la socavación de las márgenes en material suelto
Fig. 8.- Sistema de estabilización de taludes para controlar la socavación de las márgenes en material suelto.

Es importante tener en consideración que los esfuerzos a cortante que se generan en los eventos de flujo de detritos son mucho mayores que los que pueda generar el agua 'limpia' o un flujo hiper-concentrado y esto debe incorporarse en el cálculo de diseño para las medidas de protección.

4.4.- Control de la socavación en lecho y márgenes

Por lo general la socavación puede ocurrir alrededor de las bases de hormigón que sustentan los postes (UX) y en los márgenes donde se alojan los anclajes laterales (VX-UX) debido a la erosión de sedimentos y provoca agujeros que afectan directamente a la estabilización de la construcción. Cuando las barreras están llenas o parcialmente llenas, el flujo pasa a su nivel más bajo. Incluso pueden acontecer eventos de flujo hiper-concentrado con poco material sólido, pero a mucha velocidad. El punto óptimo de salida del flujo a su paso por la barrera estaría al centro de la sección transversal, sin embargo, este presupuesto no siempre se consigue. La experiencia demuestra que este punto varía en una misma barrera, de un evento a otro. En muchas ocasiones la corriente se desvía a los laterales lo cual provoca la erosión de las márgenes con la correspondiente afección al sistema de anclajes laterales. Para evitar esta socavación se pueden colocar escolleras, bloques anclados o muros de hormigón (fig. 9 izq.). Estas soluciones, aunque comunes, en muchas ocasiones resultan difíciles de ejecutar, por la poca disponibilidad de materiales locales y dificultades en el acceso. En esto caso es mucho más eficiente emplear un sistema flexible de estabilización como el mostrado en las figuras 8 y 9 derecha.

Fig. 9. Estabilización de márgenes con soluciones rígidas o semirrígidas (escolleras u hormigón) o con sistemas combinados...
Fig. 9. Estabilización de márgenes con soluciones rígidas o semirrígidas (escolleras u hormigón) o con sistemas combinados.

En el caso del empleo de bloques de escollera, a la hora de realizar el dimensionamiento de las barreras contra flujos de detritos, se debe tener en cuenta la posibilidad de que los bloques de la escollera se desprendan. Esta carga adicional, es potencialmente importante para la barrera. Si se va a diseñar un sistema de estabilización, se deben tener en cuenta factores de carga dinámica y abrasión generados por el flujo en su conjunto. Es evidente que la socavación cobra mucha mayor importancia en los sistemas de barreras de estabilización escalonados, en los que su función está asociada a que se produzca, en todos los casos, el proceso de llenado y sobrepaso, de forma recurrente.

Cuando el nivel de socavación esperado, tanto en los márgenes como en el lecho, es muy alto, y el acceso al emplazamiento es adecuado, se pueden promover soluciones combinadas (fig. 10) en las que la barrera flexible de redes de anillos se inserta en un potente marco de hormigón armado.

Fig. 10. Solución combinada. Barraco de la Leña. Tenerife. España
Fig. 10. Solución combinada. Barraco de la Leña. Tenerife. España.

En este particular la cimentación del marco está ejecutada con una potente doble fila de micropilotes de hasta 8 m de profundidad, mientras en los laterales el marco permite el paso de largos anclajes de cable espiral, que se encargan de hacer llegar las solicitaciones al interior del macizo.

Un caso similar de aplicación combinada se encuentra instalado desde 2016 en el barranco de La Comella en Andorra. Aquí se ejecutó un potente canal de hormigón armado, que sirve de guía o canalización del flujo, combinada en varios puntos con barreras flexibles VX-160 con capacidad de hasta 160 kN/m2 (fig. 11).

Fig. 11. Solución combinada. La Comella. Andorra
Fig. 11. Solución combinada. La Comella. Andorra.

5.- Consideraciones básicas de proyecto

Como regla general, las barreras flexibles contra el flujo de detritos se instalan cerca de la zona de origen del fenómeno (agua arriba), mientras que las medidas estructurales de mayor entidad, como un pozo de retención o un dique de desviación, se construyen más abajo. Por ende, ambas soluciones se pueden combinar perfectamente y explotar las ventajas que proporcionan ambos procedimientos. Un ejemplo de esta combinación son los barrancos de Trachtbach en Brienz y Milibach en Hasliberg, ambos en Suiza. En estos proyectos, la combinación de las barreras flexibles aguas arriba, con medidas constructivas mayores aguas abajo permitieron aumentar el volumen de retención aguas arriba y disminuir la erosión en el cauce. Por lo tanto, la capacidad de las medidas de protección, cercanas al objeto a defender, se pudieron reducir y construir estructuras más eficientes de menor escala, mientras las estructuras de protección existentes se renovaron de manera fácil y rentable.

5.1.- Barreras de protección como solución de emergencia

Las barreras de protección instaladas en las zonas de origen permiten ralentizar los eventos (reducción de velocidad y energía), lo cual proporciona un mayor tiempo de alerta y posible evacuación en las áreas de peligro. Esto es especialmente importante en las pequeñas zonas de captación donde los flujos son rápidos y se desplazan en distancias cortas. Las barreras de protección son de fácil instalación, por lo tanto, prácticas para una solución de protección inmediata. Aumentan la seguridad de las infraestructuras aguas abajo e incluso, permiten la protección del equipo humano que pudiese estar ejecutando labores al pie del barranco. Estas barreras de protección pueden equiparse también con un sistema de alerta (más detalles en la sección 7).

5.2.- Aspectos visuales y paisajísticos

Las barreras flexibles de redes de anillos en contraposición con los diques de hormigón son cada vez más un reclamo en lo que respecta a la protección del paisaje y la estética visual. El diseño se mimetiza y es casi invisible desde lejos, lo cual constituye un argumento principal para la construcción de medidas en las zonas de paisaje protegido. Un ejemplo es el Patrimonio Cultural Mundial de la Unesco a lo largo del río Rin cerca de Koblenz (fig. 12). En la parte trasera de la aldea, se instalaron redes de flujo de detritos e incluso con una barrera parcialmente llena en 2017, las barreras aún son apenas visibles, pero cumplen su propósito (fig. 13).

Fig. 12...
Fig. 12. Barrera flexible casi invisible cerca de Koblenz a lo largo del río Rin sobre un pueblo declarado Patrimonio Mundial de la Cultura de la Unesco.

Además, la construcción respetuosa con el medio ambiente y la sostenibilidad es cada vez más un argumento importante para la construcción. Por ejemplo, una barrera de 10 m de longitud por 4 m de alto, es 30 veces más ligera que su equivalente en hormigón armado, lo que la convierte en la “solución más ecológica” (fig. 13). A esto hay que añadir que con menos material (menos peso), se emite menos dióxido de carbono durante el transporte al emplazamiento (Wendeler, 2008).

Fig. 13. Barrera de flujo de detritos parcialmente llena sobre el ferrocarril Alemán cerca de Koblenz
Fig. 13. Barrera de flujo de detritos parcialmente llena sobre el ferrocarril Alemán cerca de Koblenz.

5.3.- Acceso libre a fauna menor y revegetación natural

Las aperturas relativamente grandes de las redes de anillos (300-350 mm) permiten el paso de pequeños animales, cuando la barrera no está llena, incluso de peces cuando la barrera está sumergida en agua, en contraste con una estructura de hormigón (Wendeler, 2008). Hay varios ejemplos en los que este fue un requerimiento expreso del proyectista. Las barreras flexibles de redes de anillo también son apropiadas para la ecologización y se integran perfectamente en el paisaje. Su estructura abierta permite en los lugares en que es posible una revegetación, quedando prácticamente incorporadas al entorno.

6.- Diferentes tipos de barreras contra flujo de detritos

Como ya se ha venido explicando, las barreras flexibles contra flujos de detritos se pueden emplear en dos funciones básicas (fig.14), la primera y más común como medida de protección (barreras individuales) y la segunda como medida de estabilización de las márgenes y reducción de la pendiente media del cauce, velocidad y por ende, de la energía (escalonadas).

Fig. 14. Diferentes funciones asociadas a una barrera flexible. Protección o estabilización
Fig. 14. Diferentes funciones asociadas a una barrera flexible. Protección o estabilización.

Protección: Son todas aquellas medidas que se realizan con el objetivo de proteger un objeto o infraestructura concretos. Su principal función es evitar que los materiales lleguen a la zona a proteger, guiándoles, deteniéndoles o mitigando su energía. En este grupo se encuentran, soluciones rígidas como los diques de hormigón, diques de mampostería y semirrígidas como gaviones, así como las barreras flexibles objeto de esta contribución. Todas ellas se colocan en la trayectoria de las corrientes de detritos, a su paso por las laderas.

Estabilización: Son todas aquellas medidas que se ejecutan in situ que permiten controlar el movimiento de los materiales y su objetivo fundamental es el aumento del factor de seguridad. En este grupo están las tradicionales soluciones de escalonado en diques, que controlan el traslado y deposición de materiales movilizados por los eventos, cuyo deposito ayuda a la estabilización y al control, de la erosión en las márgenes.

6.1.- Protección mediante barreras individuales

La mayoría de las barreras instaladas a fecha de hoy son individuales a lo largo de carreteras y vías férreas o sobre asentamientos poblacionales (fig. 15).

Fig. 15. Barrera de flujo de detritos en Isenfluh, Suiza, sobre un núcleo poblacional. La margen exterior del cauce se reforzó con un muro de roca...
Fig. 15. Barrera de flujo de detritos en Isenfluh, Suiza, sobre un núcleo poblacional. La margen exterior del cauce se reforzó con un muro de roca.

6.2.- Estabilización mediante barreras a varios niveles

Las barreras contra flujos de detritos se pueden instalar de forma escalonada y con ello aumentar el volumen retenido. El instituto Suizo WSL promovió la instalación de las primeras barreras de varios niveles en Merdenson, Suiza, con fines observacionales (Denk et al., 2008). Ensayos de laboratorio para analizar el comportamiento ante sobrepaso o desbordamiento y, más específicamente, la evolución de la velocidad de desbordamiento durante un flujo, confirmaron la valía del modelo de carga desarrollado para barreras multinivel (Wendeler, 2014).

Ejemplos de esta configuración son las barreras de varios niveles en Hasliberg (Wendeler, 2014) en Suiza (fig. 16), pero también en Portainé en España (Luis et al., 2010) donde se movilizaron en pocas horas unos 26.000 metros cúbicos de material granular de gran entidad, que fueron interceptados por un conjunto de 11 barreras escalonadas (fig. 17).

En Chosica, cerca de Lima, Perú, se instalaron un total de 22 barreras escalonadas, la mayoría de las barreras multinivel ya se han llenado con éxito durante varios eventos (fig. 18 y 19). En Chosica se logró proteger la infraestructura viaria y un enorme núcleo poblacional río abajo. Entre 2018 y 2020 se instalaron varias barreras con una capacidad total de retención de 12.000 m3 en el cauce del río Las Ceibas de Neiva, Colombia. En la figura 20 se puede apreciar una fotografía de marzo de 2022 de una de estas barreras, se trata de un modelo UX de 56 m y 6 m de altura, que está drenando y que ha trabajado de forma muy efectiva.

Fig. 16. Once barreras de protección contra flujo de detritos, rellenadas con éxito en Hasliberg, Suiza
Fig. 16. Once barreras de protección contra flujo de detritos, rellenadas con éxito en Hasliberg, Suiza.
Fig. 17. Dos de las once barreras escalonadas emplazadas en Portainé. Estado actual tras 12 años de trabajo continuo, Portainé España...
Fig. 17. Dos de las once barreras escalonadas emplazadas en Portainé. Estado actual tras 12 años de trabajo continuo, Portainé España.
Fig. 18. Barrera UX tras eventos de 2017 en Chosica, Perú
Fig. 18. Barrera UX tras eventos de 2017 en Chosica, Perú.
Fig. 19. Barrera VX protegiendo con éxito un enorme núcleo poblacional aguas abajo, Chosica Perú
Fig. 19. Barrera VX protegiendo con éxito un enorme núcleo poblacional aguas abajo, Chosica Perú.
Fig. 20. Barrera tipo UX de grandes dimensiones. Promotor CAM - Corporacion Autónoma del Alto Magdalena, Colombia
Fig. 20. Barrera tipo UX de grandes dimensiones. Promotor CAM - Corporacion Autónoma del Alto Magdalena, Colombia.

6.3.- Retención de flujo de detritos con una barrera única de gran entidad

En casos especiales, se puede construir un diseño adaptado de más de 10 m y más de 40 m. Un ejemplo típico es la barrera diseñada y emplazada en Hüpach, junto a Oberwil en el cantón de Berna en Suiza (Berger et al., 2016). Esta barrera tiene una capacidad de retención de más de 12.000 m3. Una construcción de este tipo requiere potentes cimientos de hormigón armado, anclajes largos y necesita cables especiales similares a lo que emplean los puentes colgantes o los teleféricos que necesitan un ajuste preciso (fig. 21). Para completar el proyecto fueron necesarios cálculos especiales para la red y los cables, ajuste de los anclajes e ingeniería especial para el diseño de la cimentación al terreno.

La decisión de instalar una gran estructura de contención con red anular se basó en la topografía, la dificultad de acceso y la falta de alternativas para proteger el núcleo poblacional ubicado aguas abajo. Otra construcción especial está situada en Sitäbach a lo largo del arroyo Lenk, en Suiza. La construcción se basa en pilas de hormigón armado, con redes anulares flexibles intercaladas (fig. 22).

Fig. 21. Solución especial barrera en Hüpach, Suiza
Fig. 21. Solución especial barrera en Hüpach, Suiza.
Fig. 22...
Fig. 22. Otra solución especial que actúa como una barrera contra el flujo de detritos en Sitäbach, Suiza, que consta de pilas de hormigón combinadas con redes anulares.

7.- Monitorización

Las barreras pueden ser monitoreadas con sensores. Una primera generación de sensores (Sentinel) estaban asociados al sistema de anillos de frenado, y cuando se alcanza un umbral de carga, se activa una alarma. Un ejemplo es la red de flujo de detritos, instalada como solución de protección inmediata, en Magnacun, en Suiza. Las líneas de ferrocarril Rético en los Alpes están perfectamente protegidas desde 2009, con el sistema de vigilancia funcionando de forma correcta, según refiere el promotor.

Desde 2016 se ha desarrollado un nuevo sistema de sensores7 (Guard) con acceso directo a la nube (fig. 23) capaz de registrar: solicitaciones en los cables de hasta 300 kN, aceleración hasta 200 g, orientación [ejes x, y, z], humedad 0-100%, temperatura -50°C a 80°C, estado de batería y potencia señal (RSSI). Como el elemento novedoso cuenta con un sensor que permite conocer el nivel de ambiente corrosivo (corriente de corrosión [µA]), esencial para la planificación de tareas de manutención. Las principales características se resumen en la tabla 1.

Característica Descripción
comunicación GSM/ UMTS/ LTE (2G / 3G o LTE Cat M1)

duración de la batería

7-10 años / sin necesidad de carga o cambio de batería
transmisión de datos

1 vez por semana, en caso de una solicitación especial dentro de unos minutos

seguridad sistema operativo encriptado múltiple / independiente

peso

2,6 kg
durabilidad aprobado para exteriores (impermeable, resistente a los rayos UV, frío y resistente al calor), diseñado para aceleraciones de hasta 200 g
montaje sobre cable Ø16mm - Ø24mm

Tabla 1. Propiedades del dispositivo Guard.
Fig. 23. Sensor Guard de última generación colocado en una barrera flexible contra flujos de detritos
Fig. 23. Sensor Guard de última generación colocado en una barrera flexible contra flujos de detritos.

8.- Mantenimiento y limpieza de las barreras

Como cualquier estructura, las barreras flexibles contra flujos de detritos requieren mantenimiento. Se recomienda realizar controles regulares, por ejemplo anuales, del sistema de protección si no se produce ningún evento (flujo de detritos, deslizamientos, etc.) durante ese lapso. Trabajar con una lista de verificación y un esquema de mantenimiento, como para cualquier otra estructura de protección, debería facilitar los controles regulares.

Es importante destacar que existen dos posibilidades en relación con el mantenimiento asociadas al empleo que se les da a las barreras: cuando se emplea de forma escalonada como medida estabilizadora, de control de la erosión de las márgenes y reducción de la velocidad del fluido, como regla general no se vacían8, aun así, se deben visitar con una frecuencia marcada por la recurrencia de los fenómenos en el lugar y que como mínimo debería ser anual. En cambio, las barreras empleadas como medida de protección, por lo general emplazadas aguas abajo, deberían vaciarse y reemplazar ciertos componentes después de un evento. En caso posible a nivel de acceso se puede emplear maquinaria excavadora.

Es esencial, al diseñar y dimensionar el sistema, considerar lo que sucede con el material del flujo de detritos y organizar un área de depósito. En cuanto al presupuesto, debe tenerse en cuenta que después de una barrera completamente llena, algunas piezas deben reemplazarse, mientras que los anclajes frecuentemente se pueden reutilizar, como se explicó anteriormente. Una barrera se puede vaciar desde el frente cuando se cumplen ciertas condiciones: el material del flujo de detritos debe estar seco y estable, la coronación de la barrera debe permanecer estable aguas arriba y deben respetarse los aspectos de seguridad para el equipo de trabajo.

9.- Ventajas y límites de las redes flexibles para la protección contra corrientes de detritus

Las principales ventajas de estos sistemas son su relativo bajo peso y su rápida instalación, especialmente en terrenos escarpados y de difícil acceso. El material se puede transportar con helicópteros a las zonas altas de la montaña, donde la maquinaria de construcción no pueda llegar o donde no resulte efectivo desde el punto de vista económico. Las barreras flexibles compuestas por redes de anillos se pueden usar para la protección inmediata de emergencia en zonas en peligro y para salvaguardar la ejecución de una estructura de mayor entidad aguas abajo, estas últimas prácticas muy comunes en Japón.

Las barreras flexibles se pueden incorporar en un concepto de protección general para toda una zona de captación. Al mismo tiempo, se ha demostrado a lo largo del tiempo que las barreras de red anular son totalmente equivalentes a grandes estructuras de hormigón cuando se diseñan correctamente, con un concepto de control de la erosión y un plan de mantenimiento establecido. Obviamente, en áreas de fácil acceso con alta frecuencia de flujos de detritos, las estructuras permanentes de hormigón armado puede ser empleadas.

10.- Conclusiones

En los últimos años, muchos proyectos a nivel global se han hecho realidad y han funcionado con mucho éxito, desde la publicación del modelo de combinación de carga, desarrollado para el dimensionamiento de las barreras flexibles compuestas por redes de anillos y los múltiples ensayos de adecuación realizados en Illgraben, Suiza. Durante estos años de trabajo combinado de gabinete y campo, se han revisado y perfeccionado varios detalles constructivos. Si se tienen en cuenta los procesos hidrológicos que afectan a la estabilidad de las márgenes de los ríos y se diseña su refuerzo, los sistemas flexibles pueden considerarse equivalentes a las grandes estructuras de protección clásicas fabricadas de hormigón. La concepción más ligera de las barreras las convierte en una solución ineludible cuando el fácil manejo, los requisitos medioambientales y la protección del paisaje son cuestiones clave de un proyecto.

El concepto de dimensionamiento desarrollado en WSL, en uso en todo el mundo, ha sido verificado por varios eventos de llenado, retención y sobrepaso exitosos. Se podría lograr una mayor adaptación y perfeccionamiento del concepto de dimensionamiento con más ensayos si cabe, pero esta tarea se ve obstaculizada por la falta de financiación.

Referencias

  • Berger C., C. Wendeler, L. Stieglitz and G. Lauber (2016): Examples of debris retention basins combining concrete and net structures, Interpraevent Luzern, Switzerland.
  • Denk M., A. Roth, C. Wendeler und A. Volkwein (2008): 1:1 Feldversuche für flexible Schutznetze gegen Murgang – Versuche, Bemessung, Anwendung, Publikation für die Technische Akademie Esslingen, Deutschland.
  • Geobrugg (2016): Ringnetzbarrieren aus hochfestem Stahldraht: Die ökonomische Lösung gegen Murgänge, Schweiz.
  • Luis-Fonseca R.., C. Raimat, J. Albalate and J. Fernandez (2010): Protección contra corrientes de derrubios en áreas del Pirineo. Obras Urbanas, Julio/Agosto 2010 número 22, Spain.
  • Speerli J., R. Hersperger, A. Roth and C. Wendeler (2010): Physical modeling of debris flow over flexible ring net barriers, Conference on Physical Modelings in Geotechnics ETHZ, Switzerland.
  • Volkwein A. (2004): Numerische Simulation von flexiblen Steinschlagschutzsystemen, Dissertation ETHZ, Schweiz.
  • Wendeler C., B.W. McArdell, D. Rickenmann, A. Volkwein, A. Roth and M. Denk (2006): Testing and numerical modeling of flexible debris flow barriers. In Zhang, M. and H. Wang (eds.): Proc. Of the sixth International Conference on Physical Modeling in Geotechnics, pp. 1573-1578. Balkema.
  • Wendeler C. (2008): Murgangrückhalt in Wildbächen – Grundlagen zu Planung und Berechnung von flexiblen Barrieren, Dissertation ETHZ, Schweiz.
  • Wendeler C., J. Glover (2014): Multiple load case on flexible shallow landslide barriers – mudslide and rockfall, IAEG Conference Turin, Italy.
  • Wendeler C., A. Volkwein, A. Roth, A. and Nishimura, N. (2014): Successful hazard prevention using flexible multi-level barriers, Interpraevent in Nara, Japan.
  • Wendeler C., A. Gröner, E. Denk, M. and Nishimura, N. (2018): Ten years’ experience in flexible debris flow protection Interpraevent in Toyama, Japan

1 redes de anillo entrelazados dispuestos de forma tal que cada anillo interior, está en contacto con cuatro anillos vecinos

2 diques de gravedad: rígidos de hormigón armado o en masa, mampostería, tierra armada o semirrígidos de gaviones

3 combinación de solicitaciones cuasi-estáticas y dinámicas (Wendeler, 2006)

4 https://www.geobrugg.com

5 EOTA Organización Europea para la Evaluación Técnica [https://www.eota.eu/]

6 WSL-SLF [https://ramms.slf.ch/ramms/]

7 interconexión digital de objetos cotidianos a internet (Internet de las cosas [IoT])

8 en contadas ocasiones este tipo de barrera se rellena una vez terminada la instalación para controlar el proceso y emplear material inestable disponible

Empresas o entidades relacionadas

Geobrugg Ibérica, S.A.U.

Comentarios al artículo/noticia

#1 - AGUSTIN MOLERO MATA, Ing. Civil, M. Sc.
01/04/2022 15:24:55
Este sistema de PROTECCION FLEXIBLE, resulta muy versátil a los fines de solucionar problemas de contenciòn de materiales de arrastre, dada su facilidad de construcciòn e instalaciòn en lugares remotos e inaccesibles por via terrestre.

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