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TEMA 7: NUEVO MÉTODO AUSTRÍACO (NMA) Tema 7: Nuevo Método Austríaco (NMA)

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El Nuevo método Austriaco (NATM): “…constitutes a method where the surrounding rock or soil formations of a tunnel are integrated into an overall ringlike support structure. Thus the supporting formations will themselves be part of this supporting structure.” Austrian Society of Engineers and Architects,

(Rabcewicz & Müller y Pacher (años 60))

Tema 7: Nuevo Método Austríaco (NMA)

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Nuevo Método Austriaco y otros métodos relacionados caracterizados por una excavación (grande) sin estabilización del frente ● Resulta útil especialmente en macizos rocosos profundos y heterogéneos (se puede llegar a sostenimientos relativamente ligeros) ● La idea es aprovechar al máximo la capacidad resistente del terreno ● Se ha empleado también con escaso recubrimiento en macizos rocosos y suelos


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Una explicación tensional sencilla:

Estado típico de tensiones en la periferia de la excavación (si no se aplica ningún sostenimiento) Ganancia al sostener (hormigón proyectado por ejemplo) Por dos conceptos: Más confinamiento y mejora de la resistencia de la roca


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El NMA fue una reacción contra una situación anterior de excavación “convencional”: de túneles

● Decompresión grande del terreno ● Mayor excavación necesaria Era necesario un revestimiento definitivo Tema 7: Nuevo Método Austríaco (NMA)

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Algunas características del NMA ● Sostenimiento inmediato: Ver diagramas de Mohr anteriores (confinamiento inicial) ● Jugar con: Densidades de los elementos de sostenimiento Momento de colocación (variable tiempo) ● Los gradiente δ - t inmediatamente después de la excavación (días) ● + inspección visual: INDICATIVO VALIOSO ● Experiencia, documentación de obras previas, etc.


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Elementos de sostenimiento ● Bulones de acero ● Cerchas TH deslizantes (o bien cerchas HEB de más inercia)

Se rellena de hormigón proyectado

Razones para su colocación de esta forma (fenómenos arco locales)

● Hormigón proyectado ● Malla de acero electro-soldada Alambre/redondo de 3-6 mm Luces de 15 x 15 cm Tema 7: Nuevo Método Austríaco (NMA)

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Bulones I ● Colocar con rapidez tan pronto como se puede

En colocación: mecanización total posible (t < 2 min)

¡RENDIMIENTO FLEXIBLE! (hasta 100 bulones/8 horas con un equipo)

Sostenimiento activo

● Acero de armar, corrugado, alto límite elástico

Ø = 20-25 mm

Longitud: ½ a ¼ luz

● El anclaje puntual no se suele emplear en NMA; no se da, en general, tensión previa (no se extendería demasiado). Suelen emplearse bulones inyectados, con resina o con cemento, en toda su longitud

Resina → cartucho → batido rotación bulón/bisel → fraguado 4-6 min

Cemento → cartucho 2-3 horas


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Bulones II ● Plan de ensayos: Comprobar al menos 5 por cada 1000 bulones empleados Cargas del ensayo: –

10T si 20 mm Ø

–

15T si 25 mm Ø

Densidad: –

1 bulón

/

4 m2

–

1 bulón

/

1 m2

● Cuidar asiento placa → evitar esfuerzos transversales ● No utilizables en terrenos blandos, fallas, etc.


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Cerchas ● Ligeras: 16 kg/ml ● Pesadas: 58 kg/ml

A veces hay otra capa adicional Usar abrazaderas → Permitir deslizamiento relativo En proyecto hacer el despiece En las zonas de solape no H.P. para evitar roturas por cte (si luego se ha de revestir). Si no, OK. Tema 7: Nuevo Método Austríaco (NMA)

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Hormigón proyectado ● Algunas fechas: 1907 → Ing. Price 1940 → EEUU (mortero puesto en obra mediante aire comprimido: Cement-gun o gunita) 1968 → ACI: Standard for shotcreting

● Óptimo: 15 cm de espesor 1940 → Árido máximo: 8 mm 1950 → Árido máximo: 25 mm (hormigones)


Hormigón proyectado ● Vía húmeda (EEUU):

Buen control del agua

Poca pérdida rebote

Mejor higiene


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● Vía seca (Europa):

Mayor flexibilidad en la utilización

Más compacidad hormigón

Más rendimiento

Único posible en terrenos con agua

Resistencia más uniforme

Hasta 200 m de alcance (los materiales se transportan bien hasta la zona de aplicación, a excepción del hormigón)

Más aditivos

Máquinas robotizadas

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Hormigón proyectado ● Capas: 3-10 cm Espesor total < 30-40 cm ● Rendimiento: 3-6 m3/hora Hacer pruebas antes del comienzo de la obra Resistencias –

100-130 kg/cm2 a 3 días

–

250-300 kg/cm2 a 28 días


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Hormigón proyectado ● Coeficiente de rebote: Cae al suelo/Queda adherido

< 50% en bóvedas < 15% en hastiales

● Factor de colocación Volumen consumido/Volumen a colocar teórico

> 2.5

CONSECUENCIAS ECONÓMICAS (Depende del recorte excav. (tipo de roca) espesor teórico, etc.) Morteros con incorporación de fibras de acero (morteros con microsilica, etc.) ASCE CE finales 83 - Noruega


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Aplicación ● Establecer un CUADRO GENERAL DE EXCAVACIÓN ↔ SOSTENIMIENTO como síntesis del reconocimiento (ver diapo siguiente) ● Tiempos de ejecución ● Lista de operaciones:

Marcar Perforar Cargar Voladura y ventilación Excavación picador Sanear Sellar Desescombro Cercha con bulones Mallazo Perforar bulones Hormigón proyectado Averías

Conseguir proceso RUTINARIO y sistematizar Excav./Explosivos: alterar poco Sellado casi inmediato


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Túnel dividido en tramos por calidades geotécnicas

Ejemplo: Tramo

I

Cerchas Th28 cada 1m

II

III

IV

No

No

Th28 cada 1m

Bulón

L=6m cada 1m2

L=6m cada 4m2

HP

Dos capas de 10 cm

Una capa de 10 cm


L=6m cada 4m2 Dos capas de 10 cm

L=6m cada 1m2 Una capa de 10 cm 16

● A comprobar sistemáticamente:

Convergencias Observación visual Bulones a tracción Resistencias HP a 24 h Células de presión (radial y tangencial) Medidas extensométricas (deformación)

● Equipos entrenados

RENDIMIENTO

CLASE Bieniawski

m/día

MANDAN:

1-2

8-12

Desescombro y perforación

3

5-8

Sostenimiento y excav. desescombro

4

3-5

Excav. con rozadoras pesadas y rendim. bulonadoras

5

2-3

Condiciones hidrológicas


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Razones para algunos fracasos del NMA (Müller, 1978) ●

No controlar la longitud del avance (“pase”) Túnel en Austria. Roca alterable. El gráfico muestra la influencia de la longitud del avance en las deformaciones horizontales medidas


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● Esperar demasiado a cerrar la sección I

Massenberg Tunnel en Austria. El avance en calota es largo y está sostenido con HP. E contraste de rigidez con la sección completa cerrada provoca roturas y flexiones. Especialmente grave si el “arco” de H:P: de sostenimiento de la calota transmite tensiones en su base que no puede resistir la roca subyacente: hundimiento de todo el revestimiento sin cambios importantes de convergencia


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● Esperar demasiado a cerrar la sección II

Tres ejemplos de túneles en rocas blandas que muestran la influencia que tiene el tiempo transcurrido hasta el cierre de la sección en los movimientos verticales de la clave. Unas pocas horas o escasos días pueden suponer un incremento de los asientos en el 200% o más


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● Ausencia de cierre de la sección (contrabóveda) Túnel de metro en Alemania, excavado en margas. En la parte inferior del perfil geológico existía un banco de areniscas “sólidas”. Se juzgó que no era necesaria una contrabóveda de hormigón. Pero en una zona las juntas de la arenisca eran paralelas al túnel y buzaban como se indica. La excavación de la calota se hizo en pequeños avances. El mismo proceso debía haberse seguido cuando se excavó la contrabóveda. Sin embargo, se excavó de golpe una longitud de 15 m. Se produjo una rotura a lo largo de los planos de estratificación y el H.P. las cerchas y los anclajes colapsaron hacia el túnel


●

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Degradación de la roca debido a grandes deformaciones

A la derecha la forma tradicional de galerías mineras en la cuenca del Ruhr con recubrimientos de hasta 1000m. Es frecuente la deformación de la solera (hasta 30 cm de excavación cada año para mantener la forma). Se intentó corregir con mediante H.P. y bulones pero sin éxito. Solamente una sección circular sostenida con 25cm de H.P., cerchas pesadas y pocos bulones y un cierre inmediato de la sección a menos de un diámetro de distancia al frente de avance conseguían resolver el problema


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Una crítica conceptual al NMA (Kovari, 1994) ●

La acción de auto-soporte del terreno es una “ley” universal y no algo propio del NMA

●

La idea fundamental: “La tarea más importante en la excavación moderna de túneles es la de preservar y desarrollar dentro de lo posible las propiedades de soporte de la masa de roca” (Rabcewicz, 1962), ya era un hecho muy conocido

●

El NMA habla de un “terreno anular de protección” alrededor de la excavación de vaga definición y menos aún de ser calculable

Anillos de protección (terrenos anulares) de acuerdo con Mülller & Fecker

La geometría, el espesor y las propiedades del material del terreno anular permanecen indeterminadas


●

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El solapamiento de “terrenos anulares” en torno a procesos constructivos por fases (galerías múltiples) se considera perjudicial para la masa de roca de acuerdo con la filosofía del NMA (Müller, 1978). Por ello el NMA tiende a recomendar la excavación a frente completo, como uno de sus principios. La experiencia indica el riesgo de excavar a sección completa en roca de baja calidad.


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V. Romero (2002). World Tunnelling

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V. Romero (2002). World Tunnelling

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