Nuevo método austriaco de construcción de túneles

El Nuevo método de excavación austriaco (NATM), también conocido como método de excavación secuencial (SEM) o método de revestimiento de hormigón proyectado (SCL), es un método moderno de diseño y construcción de túneles que emplea un monitoreo sofisticado para optimizar diversas técnicas de refuerzo de muros según el tipo de roca encontrada durante la excavación del túnel. progresa. Esta técnica llamó la atención por primera vez en la década de 1960 a partir del trabajo de Ladislaus von Rabcewicz, Leopold Müller y Franz Pacher entre 1957 y 1965 en Austria. El nombre NATM pretendía distinguirlo de los métodos anteriores, con su ventaja económica de emplear la fuerza geológica inherente disponible en la masa rocosa circundante para estabilizar el túnel siempre que sea posible en lugar de reforzar todo el túnel.

En general, se cree que NATM/SEM ha ayudado a revolucionar la industria moderna de túneles. Muchos túneles modernos han utilizado esta técnica de excavación.

El método de excavación secuencial es muy rentable, incluso en condiciones kársticas.

Principios

La NATM integra los principios del comportamiento de los macizos rocosos bajo carga y el seguimiento del desempeño de la construcción subterránea durante la construcción. A menudo se ha hecho referencia al NATM como un sistema de "diseño sobre la marcha" enfoque, proporcionando un soporte optimizado basado en las condiciones observadas del terreno. Más correctamente, se puede describir como un "diseño mientras monitoreas" enfoque, basado en la convergencia y divergencia observadas en el revestimiento y el mapeo de las condiciones predominantes de las rocas. No se trata de un conjunto de técnicas específicas de excavación y sostenimiento.

NATM tiene siete elementos:

• Explotación de la fuerza de la masa rocosa nativa – Se basa en la fuerza inherente de la masa rocosa circundante que se conserva como el componente principal del soporte del túnel. El apoyo primario está dirigido a permitir que la roca se apoye.
• Protección contra Shotcrete – Se debe minimizar la deformación de rocas excesivas y desactivadas. Esto se logra mediante la aplicación de una capa delgada de escopeta inmediatamente después del avance de la cara.
• Medición y monitoreo – Las deformaciones potenciales de la excavación deben ser cuidadosamente monitorizadas. NATM requiere la instalación de instrumentos de medición sofisticados. Está incrustado en linajes, suelos y agujeros. En caso de movimientos observados, sólo se instalan apoyos adicionales cuando sea necesario, con una economía general resultante al costo total del proyecto.
• Soporte flexible – El revestimiento primario es delgado y refleja las recientes condiciones de los estratos. Se utiliza soporte activo en lugar de pasivo y el túnel se ve fortalecido por una combinación flexible de pernos de roca, malla de alambre y costillas de acero, no por un revestimiento de hormigón más grueso.
• Cierre del invertido – Especialmente crucial en terreno suave, el cierre rápido del invertido (la parte inferior del túnel) que crea un anillo de carga es importante, y tiene la ventaja de atraer la fuerza inherente de la masa de roca que rodea el túnel.
• Arreglos contractuales – Dado que el NATM se basa en mediciones de monitoreo, los cambios en el método de soporte y construcción son posibles, pero sólo si el sistema contractual les permite.
• La clasificación masiva de rocas, desde muy difícil hasta muy suave, determina las medidas mínimas de apoyo necesarias y evita los desechos económicos que provienen de medidas de apoyo innecesariamente fuertes. Los diseños del sistema de soporte existen para cada una de las principales clases de rock. Estos sirven como guías para el refuerzo del túnel.

Según el cálculo de la sección transversal óptima, solo es necesaria una fina protección de hormigón proyectado. Se aplica inmediatamente detrás de la cara del túnel excavado para crear un anillo de carga natural y minimizar la deformación de la roca. Se instalan instrumentos geotécnicos para medir la deformación posterior de la excavación. Es posible monitorear la distribución de tensiones dentro de la roca.

Este monitoreo hace que el método sea muy flexible, incluso si los equipos encuentran cambios inesperados en la consistencia geomecánica de la roca, p. por grietas o agua de pozo. El refuerzo se realiza mediante hormigón armado que se puede combinar con nervaduras de acero o pernos, no con hormigón proyectado más grueso.

Las propiedades de la roca medidas sugieren las herramientas adecuadas para el fortalecimiento de túneles, donde los requisitos de soporte tradicionalmente se pueden estimar utilizando el sistema RMR o Q. Desde principios del siglo XXI, NATM se ha utilizado para excavaciones en terrenos blandos y para la construcción de túneles en sedimentos porosos. NATM permite ajustes inmediatos en los detalles de la construcción, pero requiere un sistema contractual flexible para respaldar dichos cambios.

Nombres de variantes

NATM se desarrolló originalmente para su uso en los Alpes, donde comúnmente se excavan túneles en profundidad y en condiciones de alta tensión in situ. Los principios de NATM son fundamentales para la construcción de túneles de hoy en día, y NATM fundamentalmente implica abordar específicamente las condiciones específicas del suelo que se encuentran. La mayoría de los túneles urbanos se construyen a poca profundidad y no necesitan controlar la liberación de tensión in situ, como era el caso del NATM original en los Alpes. Los proyectos en las ciudades dan mayor prioridad a minimizar los asentamientos y, por lo tanto, tienden a utilizar métodos de apoyo diferentes a los del NATM original. Esto ha llevado a una confusión en la terminología en el sentido de que los ingenieros de túneles utilizan "NATM" para significar cosas diferentes.

Han surgido nuevos términos y se han adoptado nombres alternativos para ciertos aspectos de NATM a medida que se ha extendido su uso. Esto se debe en parte a un mayor uso del método de construcción de túneles en los Estados Unidos, particularmente en túneles poco profundos en terrenos blandos.

Se ven otras designaciones para este estilo de túnel moderno; El método de excavación secuencial (SEM) o el revestimiento de hormigón proyectado (SCL) se utilizan a menudo en túneles menos profundos. En Japón, se utilizan los términos NATM de pared divisoria central o método de diafragma cruzado (ambos abreviados como CDM) y método de subdivisión vertical de la mitad superior (UHVS).

La Sociedad Austriaca de Ingenieros y Arquitectos define NATM como "un método en el que las formaciones rocosas o de suelo circundantes de un túnel se integran en una estructura de soporte general en forma de anillo". Por lo tanto, las formaciones de apoyo serán ellas mismas parte de esta estructura de apoyo."

Algunos ingenieros utilizan NATM siempre que proponen hormigón proyectado para el soporte inicial del terreno de un túnel de cara abierta. El término NATM puede resultar engañoso en relación con los túneles de suelo blando. Como señaló Emit Brown, NATM puede referirse tanto a una filosofía de diseño como a un método de construcción.

Características clave

Las características clave de la filosofía de diseño NATM son:

• La fuerza del suelo alrededor de un túnel se moviliza deliberadamente en la mayor medida posible.
• La movilización de la fuerza terrestre se logra permitiendo la deformación controlada del suelo.
• El soporte primario inicial se instala teniendo características de deformación de carga apropiadas a las condiciones del suelo, y la instalación se ordena con respecto a las deformaciones terrestres.
• La instrumentación se instala para monitorear deformaciones en el sistema de soporte inicial, así como para formar la base de variar el diseño de soporte inicial y la secuencia de excavación.

Cuando NATM se ve como un método de construcción, las características clave son:

• El túnel es excavado y soportado secuencialmente, y las secuencias de excavación pueden ser variadas para abordar eficazmente las condiciones de roca específicas que se encuentran.
• El soporte inicial del suelo es proporcionado por el escopeta en combinación con fibra o refuerzo de tejido de alambre soldado, arcos de acero (generalmente las vigas de celo), y a veces el refuerzo del suelo (por ejemplo, clavos de suelo, rociado).
• El soporte permanente es típicamente un revestimiento de hormigón en el lugar colocado sobre una membrana impermeable.
• Hay un cierre rápido del inverso, es decir, la parte inferior del túnel, para crear un anillo estructural que aprovecha el arco de roca o suelo creado naturalmente en la parte superior de la sección del túnel.

Seguridad

El colapso del túnel del aeropuerto de Heathrow en 1994 generó dudas sobre la seguridad del NATM. Sin embargo, el juicio posterior atribuyó el colapso a la mala mano de obra y a fallas en la gestión de la construcción, y no a la NATM.