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ÍNDICE DE CAPÍTULOS

CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN, OBJETIVOS Y GENERALIDADES_______________________1

CAPITULO 2: MODELOS DE SIMULACIÓN DE CAÍDAS DE ROCAS_____________________27

CAPITULO 3: METODOLOGÍA EMPLEADA PARA LA OBTENCIÓN DE PARÁMETROS ___________________________________70

CAPITULO 4: CALIBRACIÓN DEL MODELO _______________________________________105

CAPITULO 5: VALORES DE LOS PARÁMETROS INTRODUCIDOS EN EL MODELO_____________________________________144

CAPITULO 6: EXPLICACIÓN DE LAS DISTINTAS SIMULACIONES____________________151

CAPITULO 7: ESTUDIO DE LOS PARÁMETROS Y ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD_________________________________________163

CAPITULO 8: RESULTADOS OBTENIDOS CON EL MODELO _________________________204

CAPITULO 9: RECOMENDACIONES_______________________________________________236

CAPITULO 10: ACERCA DEL EMPLEO DEL PROGRAMA ROTOMAP_____________________________________________245

CAPITULO 11: CONCLUSIONES ___________________________________________________264

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ANEJOS

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ÍNDICE Resumen Abstract Agradecimientos

I.- INTRODUCCIÓN. CAPÍTULO 1:

INTRODUCCIÓN, OBJETIVOS Y

GENERALIDADES _________________________________________2 1.1. Introducción .........................................................................................................2 1.2. Localización del área de estudio...........................................................................6 1.3. Objetivos del estudio...........................................................................................10 1.4. Características Geoambientales de la zona .........................................................11 1.4.1. Clima: precipitación y temperatura 1.4.2. Marco geológico 1.4.3. Marco tectónico 1.4.4. Marco geomorfológico: morfología y procesos 1.4.5. Antecedentes: Importancia del fenómeno de caída de rocas en el tren cremallera de Vall de Núria 1.4.6. Estudios previos 1.5. Soluciones al fenómeno de caída de rocas en Vall de Núria .............................25 1.6. Evolución de la problemática durante las distintas fases de la tesina ................27

II.- MARCO TEÓRICO. CAPÍTULO 2:

MODELOS DE SIMULACIÓN DE

CAÍDAS DE ROCAS________________________________________29 2.1. Introducción a los Modelos de Simulación de Caídas de rocas ........................29 2.2. Modelo conceptual ............................................................................................30 2.3. Modelos de simulación existentes en bibliografía ............................................33

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ÍNDICE 2.3.1. Modelos bidimensionales 2.3.2. Modelos tridimensionales 2.4. Modelo de simulación utilizado en el presente trabajo: Rotomap ...................39 2.5. Parámetros del modelo de simulación Rotomap ...............................................44 2.5.1. Pendiente: Modelo de Elevaciones Digitales 2.5.2. Coeficientes de Restitución Energética 2.5.3. Ángulo límite 2.5.4. Coeficiente de Rozamiento Rodadura-Deslizamiento 2.5.5. Volumen 2.5.5.1. Volumen de Salida 2.5.5.2. Volumen de llegada 2.5.5.3. ¿Qué volumen consideramos? 2.5.5.4. Variación del volumen con la trayectoria 2.5.5.5. Volumen equivalente

2.5.6. Densidad 2.5.7. Zona de salida 2.5.8. Velocidad de salida 2.5.9. Características de las protecciones

CAPÍTULO 3:

METODOLOGÍA EMPLEADA PARA

LA OBTENCIÓN DE PARÁMETROS_________________________69 3.1. Ancho de celda ..................................................................................................70 3.2. Pendiente: Modelo de Elevaciones Digitales ....................................................72 3.2.1. Obtención del MED empleando el programa Surfer 3.2.2. Obtención del MED empleando el programa Isomap 3.2.3. Escalas de trabajo empleadas 3.3. Coeficientes de Restitución Energética .............................................................86 3.4. Ángulo límite .....................................................................................................88 3.5. Coeficiente de Rozamiento Rodadura-Deslizamiento .......................................89 3.6. Volumen ............................................................................................................90 3.6.1. Volumen de Salida 3.6.2. Volumen de llegada 3.6.2.1. Medidas volumétricas en una tartera

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ÍNDICE 3.6.2.2. Medidas volumétricas del evento del 2 de Marzo del 2003 3.6.2.3. Medidas volumétricas del evento del 16 de Junio del 2003 3.6.2.4. Volúmenes acumulados. Percentiles

3.7. Densidad ............................................................................................................98 3.8. Zona de salida ....................................................................................................98 3.9. Velocidad de salida ..........................................................................................101

III.- APLICACIÓN DEL MODELO EN VALL DE NÚRIA. CAPÍTULO 4:

CALIBRACIÓN

DEL MODELO ___________________________________________104 4.1. Información disponible del desprendimiento del 2 de Marzo del 2003 ..........104 4.1.1. Hoja resumen del desprendimiento 4.1.2. Plano y perfil con los volúmenes de bloques 4.2. Calibración del modelo bidimensional de caída de rocas CRSP .....................111 4.2.1. Introducción: motivo del empleo del programa CRSP 4.2.2. Valores de los parámetros para la simulación 4.2.3. Resultados obtenidos a lo largo del perfil 4.2.3.1. Velocidad máxima a lo largo del perfil 4.2.3.2. Altura de rebotes máximos a lo largo del perfil 4.2.3.3. Bloques retenidos en cada celda

4.2.4. Limitaciones del modelo CRSP 4.3. Calibración del modelo tridimensional de caída de rocas ROTOMAP ..........122 4.3.1. Interpretación de la información obtenida en campo 4.3.2. Creación del Modelo de Elevaciones Digitales 4.3.3. Obtención de la zona de salida 4.3.4. Comportamiento inicial del bloque 4.3.5. Resultados de la calibración a partir del mapa 1:5.000 4.3.6. Resultados de la calibración a partir del láser escáner 3D

CAPÍTULO 5:

VALORES DE LOS PARÁMETROS

INTRODUCIDOS EN EL MODELO _________________________144

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ÍNDICE 5.1. Ancho de celda ................................................................................................144 5.1.1. Influencia del ancho de celda en el MED 5.1.2. Influencia del ancho de celda en la simulación 5.2. Modelo de Elevaciones Digitales.....................................................................144 5.3. Unidades del terreno.........................................................................................146 5.4. Coeficientes de Restitución Energética ...........................................................147 5.5. Ángulo límite ...................................................................................................147 5.6. Coeficiente de Rozamiento Rodadura-Deslizamiento .....................................148 5.7. Volumen ..........................................................................................................148 5.8. Densidad ..........................................................................................................149 5.9. Zona de salida ..................................................................................................149 5.10. Velocidad de salida ..........................................................................................150

CAPÍTULO 6:

EXPLICACIÓN DE LAS

DISTINTAS SIMULACIONES ______________________________151 6.1. Simulación a partir del Mapa Topográfico 1:5.000 .........................................151 6.2. Simulación empleando los puntos obtenidos con el láser escáner 3D .............................................................................................154 6.2.1. Introducción 6.2.2. Obtención del Modelo de Elevaciones Digitales

CAPÍTULO 7:

ESTUDIO DE LOS PARÁMETROS Y

ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD _____________________________163 7.1. Ancho de celda ................................................................................................165 7.1.1. Influencia del ancho de celda en el MED 7.1.2. Influencia del ancho de celda en la simulación 7.1.2.1. Trayectorias 7.1.2.2. Energías

7.2. Modelo de Elevaciones Digitales ....................................................................172 7.2.1. Creación de distintos MED 7.2.2. Influencia de la rugosidad superficial 7.3. Coeficientes de Restitución Energética ...........................................................181

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ÍNDICE 7.4. Ángulo límite ...................................................................................................184 7.4.1. Estudio de la variabilidad de los saltos 7.4.2. Estudio de la variabilidad de las trayectorias 7.4.3. Conclusiones obtenidas del parámetro ángulo límite 7.5. Coeficiente de Rozamiento Rodadura-Deslizamiento ....................................193 7.6. Volumen ..........................................................................................................195 7.7. Densidad ..........................................................................................................196 7.8. Zona de salida ..................................................................................................197 7.9. Velocidad de salida ..........................................................................................197 7.10. Resumen y conclusiones del estudio de los parámetros y el análisis de sensibilidad ......................................................................................200

CAPÍTULO 8:

RESULTADOS OBTENIDOS

CON EL MODELO________________________________________204 8.1. Trayectorias individuales ................................................................................205 8.2. Trayectorias a partir del Mapa Topográfico Digital 1:5.000 ..........................208 8.3. Simulación a partir láser escáner 3D ..............................................................212 8.3.1. Trayectorias en planta. 8.3.2. Energías 8.3.2.1. Energías específicas Medias

8.3.2.2.Energías específicas Máximas 8.3.3. Altura de saltos 8.4. Interacción con las pantallas dinámicas: Eficacia de las protecciones y peligrosidad residual ........................................................................................223 8.4.1. Simulación para un volumen de 0.5 m3 8.4.2. Simulación para un volumen de 1.5 m3 8.4.3. Simulación para un volumen de 5 m3 8.5. Conclusiones de los resultados obtenidos con el modelo ................................234 8.6. Consideraciones acerca de los resultados ........................................................235

CAPÍTULO 9:

RECOMENDACIONES ____________________236

9.1. Posibles actuaciones .......................................................................................237

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ÍNDICE 9.2. Estudio de alternativas .....................................................................................238 9.2.1. Alternativas inviables técnica o económicamente 9.2.2. Alternativas posibles 9.2.3. Análisis de alternativas 9.2.3.1. Pantallas dinámicas. 9.2.3.2. Construcción de un semitúnel o falsa galería 9.2.3.3. Elección de alternativas.

9.3. Consideraciones acerca de la alternativa elegida ............................................243

CAPÍTULO 10: ACERCA DEL EMPLEO DEL MODELO ROTOMAP ________________________________ 245 10.1. Limitaciones del modelo Rotomap ..................................................................245 10.1.1. Limitaciones del programa 10.1.2. Limitaciones conceptuales 10.2. Aspectos positivos del modelo Rotomap ........................................................254 10.2.1. Modelo tridimensional 10.2.2. Influencia del volumen de la roca en los parámetros del modelo 10.2.3. Tratamiento estadístico 10.3. Dificultades encontradas durante la Tesina .....................................................256 10.3.1. No existencia de trabajos anteriores 10.3.2. Dificultades con la exportación de puntos desde el Mapa 1:5.000 10.3.3. Dificultades con el empleo de la topografía láser escáner 3D 10.3.4. Dificultades con la calibración del modelo. 10.4. Aspectos no tenidos en cuenta en la simulación ............................................260 10.4.1. No todas las trayectorias que pasan por encima de la vía impactan necesariamente contra la misma. 10.4.2. La información de la altura de saltos obtenida a partir de impactos sobre los árboles es limitada.

CAPÍTULO 11: CONCLUSIONES __________________________264 11.1. Conclusiones acerca del modelo de simulación de caída de rocas.................264 11.2 Conclusiones acerca de los parámetros del modelo Rotomap .......................265

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ÍNDICE 11.3. Conclusiones acerca de las limitaciones encontradas ...................................265 11.4. Conclusiones acerca de las mejoras a las limitaciones .................................267 11.5. Conclusiones acerca de los resultados obtenidos con el modelo ..................269

IV.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

V.- ANEJOS. ANEJO nº I: Mapas. ANEJO nº II: Secciones cada 60 metros del Modelo de Elevaciones Digitales. ANEJO nº III: Medidas volumétricas. ANEJO nº IV: Coeficientes de Restitución Energética (diversos autores). ANEJO nº V: Informes de los últimos desprendimientos de Vall de Núria. ANEJO nº VI: Informe para el empleo del Láser-3D en Vall de Núria. ANEJO nº VII: Coordenadas con los puntos de salida de los desprendimientos. ANEJO nº VIII: Recortes de periódicos. ANEJO nº IX: Características de la superficie del terreno con que se realizó la simulación. ANEJO nº X: Desprendimientos obtenidos con el modelo de simulación.

XII

Agradecimientos

PROFESORES Al Dr. Joan Manuel Vilaplana, del departamento de Geodinámica y Geofísica de la Facultad de Geología de la Universidad de Barcelona, por aceptar ser mi director de tesina, por supervisar detalladamente todo el trabajo, por ayudarme y por darme fuerzas. Gracias por confiar en mi para hacer este trabajo tan interesante y por haberme ayudado a descubrir los riesgos geológicos como motivación personal y profesional, aún antes de conocerte. Al estudiante de Doctorado Albeiro Rendón, por la colaboración durante la elaboración de la tesina, la información facilitada y la ayuda en los trabajos de campo. A Jaume Calvet y a David por su ayuda con el láser escáner 3D. A Marc y Ferrán de RSE, por su colaboración técnica acerca de las medidas de protección en Vall de Núria. A Josep Gili, por sus acertados comentarios acerca de los modelos de simulación. Al Dr. Jordi Corominas, del departamento de Ingeniería del Terreno de la Universidad Politécnica de Cataluña, por ser la persona que con sus conferencias y artículos me hizo encaminarme hacia las inestabilidades de ladera. Al Dr. Salvador Ordóñez, catedrático de petrología de la Universidad de Alicante, por ser mi profesor, maestro y amigo. Gracias por apoyarme durante los primeros años en la carrera y por transmitirme el placer del aprendizaje y el placer de la enseñanza. Cualquier agradecimiento es pequeño. A Rosa Torregrosa, por todo lo que has dado por nosotros, gracias. A los profesores de la Universidad de Alicante, que tan bien se portaron conmigo durante mi etapa como estudiante en Alicante. En especial a Alfonso Yébenes, Ramón Irles, J.C. Cañaveras, David, Ana, Mª Ángeles, Pepe Delgado, Servando y José Miguel Andréu

COMPAÑEROS DE CARRERA A Hugo, que pena no haberte conocido antes. A mis compañeros de mis primeros años en Alicante: Javi, Joan, Sarabel y a mis compañeros de últimos cursos: Fernando, Luis, Roberto, Sergio, Miguel... A mis compañeros de Barcelona: Carles, Borja, Esther, Rafa, Raúl, y María. A Jordi Martínez, sin cuyo proyecto de topografía y dedicación personal mi tesina no hubiera sido la misma. A los compañeros del foro de IngenieriaGeologica.com, en especial a ACP, de quien tanto he aprendido.

AMIGOS A Berta, por todo lo vivido. A Iris, Irene y Marisa, porque a pesar de la distancia sabéis que lo nuestro nunca se perderá. A Diego, por estar siempre al lado, y saber que aunque cambien los escenarios, espero que nada cambie entre nosotros. A Hugo y Carles, de nuevo, en este caso como Amigos con mayúsculas. A Vanesa, Andrés, Bárbara, Charlie y Nacho, por los siglos de los siglos. A mis compañeros de piso en Barcelona, por acogerme con tanto cariño y ayudarme en todo lo posible. Mención especial a Jordi, Ana, Maya, Jaime, Rafel y a mis padres por ayudarme en la recta final de la tesina. Gracias a todos aquellos que deberían estar entre estas líneas. A mi yaya, a mis yayos y a toda mi familia. Os quiero

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Prólogo

La presente tesina sobre caída de rocas es la culminación de la carrera del estudiante de la primera promoción de Ingeniería Geológica en la Universidad de Alicante, Antonio Abellán, tras 6 años de dedicación a la misma, con un notable aprovechamiento académico. A pesar de que los trabajos sobre simulación de caídas de rocas comienzan en la década de los 80, la primera vez que oí hablar acerca de la simulación de caída de rocas fue en una conferencia en Alicante hace ya tres años, acerca de un modelo empleado con éxito en la planificación del territorio del principado de Andorra, siendo este un tema que desconocía pero que llamó mi atención. Tras la lectura de diversos artículos y conferencias descubrí que el mejor grupo de investigación en España sobre esta temática se encontraba en Barcelona, formado por algunos profesores de la Facultad de Geología de la Universidad de Barcelona, de la Escuela de Caminos de la Universidad Politécnica de Cataluña y varios profesionales de la empresa privada dedicados a la Ingeniería Geológica. Fue un poco más adelante cuando descubrí que mi motivación profesional y personal convergían en el estudio de Riesgos Geológicos debido a inestabilidades de ladera por lo que a pesar de las dificultades que conllevan los grandes cambios decidí apostar por un nuevo objetivo académico y profesional y cursar mi sexto -y último- año de carrera en Barcelona. Ya se ha cumplido más de una año de mi estancia en esta ciudad y es la hora de hacer balance y comprobar que las aspiraciones iniciales se han visto cumplidas con creces, gracias, en parte, a la concesión de una beca Sicue-Séneca durante el curso 2002-2003 que me permitió estudiar las asignaturas optativas que me quedaban para completar mis estudios y dedicarme de lleno a la realización de esta tesina sin necesidad de preocuparme por las dificultades económicas. También gracias a la cálida acogida del dr. J.M. Vilaplana, coordinador del grupo de investigación de Riesgos Naturales -RISKNAT-, a toda la gente maravillosa que he conocido en Barcelona y como no, a mi familia que me ha apoyado en todo momento. Hoy en día, la gran extensión de las zonas afectadas por desprendimientos, los daños ocasionados en zonas urbanizadas y en vías de comunicación en las zonas de montaña y en consecuencia, la creciente importancia social del fenómeno hacen que sean cada vez más necesarios una serie de estudios generales y detallados acerca de la problemática de caídas de rocas, con objeto de diseñar medidas de protección que garanticen la seguridad de los bienes materiales y de las personas. Para ello deben contemplarse los modelos de simulación de caídas de rocas como el único modo de conocer las trayectorias seguidas por las rocas y poder cuantificar las Energías de impacto y las alturas de saltos en cada punto de la ladera. En el estudio de estas simulaciones es de gran importancia el empleo de una topografía de gran precisión, por lo que se decidió el empleo del láser escáner 3D, una herramienta de reciente aparición en el mercado y que sin duda alguna supondrá una revolución en todos los estudios del terreno que necesiten basarse en medidas topográficas. Esto es debido a la cantidad de información, precisión y rapidez con que estas medidas son obtenidas en campo. En la simulación de caída de rocas tuvimos que trabajar duro para conocer previamente las bases de funcionamiento del modelo de simulación, el manejo del programa informático y la realización de un caso práctico con un modelo que nunca antes había sido empleado en ninguna universidad española, por lo que tras mucho esfuerzo me convertí en la persona experta en el modelo de simulación de caída de rocas. Por suerte, cada visita de campo suponía una recompensa para mí debido a la singular belleza de la zona de estudio, Vall de Núria, un antiguo valle glaciar de gran riqueza medioambiental en los que tanto el tren cremallera como la estación de montaña –pistas de

III

esquí, actividades de alta montaña, excursiones a caballo...- han sabido integrarse paisajísticamente. Entre los mejores recuerdos, la vista del valle desde helicóptero con objeto de hacer un reconocimiento de la zona de estudio tras un nuevo desprendimiento. Es hora de cerrar el capítulo del libro en el que he estado viviendo como estudiante de Ingeniería Geológica, pues a medida que unos proyectos van terminando –y solo cuando eso ocurre- otros distintos van abriéndose camino, entre ellos continuar trabajando con el Grupo de Investigación en Riesgos Naturales – RISKNAT UB- en la temática ya iniciada en el presente Trabajo Fin de Carrera, iniciar los cursos de doctorado y pronto, algún día evitar con mi apoyo técnico la aparición de una catástrofe natural de esas que no siempre son tan naturales y a menudo pueden evitarse con un correcto estudio del medio desde el punto de vista ingeniero geológico.

El autor de la tesina Antonio Abellán Fernández

IV

Fe de erratas: Durante la revisión de la edición impresa de esta tesina detectamos errores correspondiente a saltos de numeración de páginas en el capítulo 8. Las páginas en cuestión son: 211, 212, 224 y 232.

XVI

UTILIZACIÓN Y VALIDACIÓN DE UN MODELO DE SIMULACIÓN EN 3D para el cálculo de la peligrosidad residual por caídas de rocas sobre el tren cremallera de Vall de Núria.

Tutor:

Autor:

Dr. Joan Manuel Vilaplana

Antonio Abellán Fernández

- Dept. Geodinámica i Geofísica Facultat de Geologia (UB) - Coordinador del grup de recerca de

- 1ª promoció d’Enginyeria Geològica (Universitat d’Alacant) - Becari Sèneca curs 2002-03

Riscos Naturals (RISKNAT).

Barcelona, 5 de Novembre del 2003.

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Trabajo Fin de Carrera dedicado a mis padres y hermanos.

“Los grandes viajes siempre empiezan dando un pequeño paso. ........... Atrévete a darlo, pues aunque al principio no sepas muy bien hacia adonde caminar, al final llegarás adonde querías” ...........

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