Nuevo Metodo austriaco de perforación de túneles

1. Nuevo Método Austriaco (N.A.T.M.) E.T.S.E.C.C.P.B. – U.P.C.
NUEVO MÉTODO AUSTRIACO (N.A.T.M.)
Introducción
Bajo las siglas de N.A.T.M. (“New Austrian Tunneling Method”) se halla uno de los
métodos de diseño y ejecución de túneles en roca más extendidos y de mayor éxito en
todo el mundo dentro del ámbito de la ingeniería civil.
El nuevo método austriaco de ejecución de túneles debe considerarse como una filosofía
de diseño y no como un método que utiliza sistemáticamente gunita y cerchas metálicas.
Se basa en la integración del terreno que rodea a la excavación en el anillo estructural
autoportante formado entorno a la cavidad, de forma que el terreno forma parte
integrante en él. Dicho método pretende relajar el estado tensional del macizo rocoso
entorno al túnel, permitiendo su deformación hasta un punto de equilibrio en que el
sostenimiento controla dicha deformación, anclando éste al propio terreno. Esto se
consigue mediante técnicas de auscultación y medida de convergencias, para controlar
las deformaciones en todo momento y evitar que estas sean excesivas (consultar tema
Interacción túnel-sostenimiento); por lo que se puede realizar el túnel con un costo
mínimo y una máxima seguridad.
Se debe dejar al macizo rocoso deformarse de manera que forme su propio soporte
estructural reduciendo así, los costes de excavación y sostenimiento.
Los principios generales del método son:
• Excavación cuidadosa del terreno
• Elección de la sección según características geomecánicas
• Sistema de ejecución adaptado a las condiciones del terreno
• Auscultación
Justificación de las bases del método
Seguidamente se desarrollan las claves en las que se basa el Nuevo Método Austriaco
(N.M.A.), a fin de justificar su forma de utilización.
Para empezar, previamente se tienen que haber estudiado las curvas características del
túnel para las distintas litologías a atravesar y para poder ir comprobando si el
comportamiento que tiene la excavación real es el que cabía esperar (ver Fig.1).
En la Fig. 1. se observa la curva característica del túnel correspondiente a una
determinada litología (CC), así como la curva correspondiente al sostenimiento
(también conocida como curva de confinamiento). Ambas curvas se intersectan en el
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punto de equilibrio entre túnel y sostenimiento, cuando se alcancen la presión y
desplazamientos (peq, ueq) comunes a las dos curvas CC y CF. La distancia ud, hace
referencia a la distancia al frente de la excavación del sostenimiento colocado, e
indirectamente, a la deformación transcurrida antes de colocar el mencionado
sostenimiento.
Fig. 1. Curva característica tipo (CC) y curva del sostenimiento (CF)
De lo que nos ocuparemos es de ir controlando la convergencia del túnel a medida que
avanza la excavación, representando la curva de los desplazamientos en función del
tiempo (convergencia) y controlando si tiende al equilibrio (asíntota). En el momento
adecuado, colocaremos nuestro sostenimiento, cuyo comportamiento será conocido de
antemano, y por tanto sabremos hasta dónde se deformará como máximo el túnel. Si
durante las tareas de seguimiento de la convergencia observamos anomalías en las
tendencias que cabía esperar (deterioro del arco autoportante), habría que actuar en
consecuencia. Por ejemplo, si el túnel se cierra rápidamente, es decir, si los
desplazamientos se hacen muy grandes, indicando altas deformaciones, entonces
debemos colocar el sostenimiento lo antes posible para evitar el colapso del túnel.
Debemos tener en cuenta, que todo este proceso vendrá determinado por las
características geomecánicas del macizo, esto quiere decir, que en rocas de muy mala
calidad, por ejemplo, los avances serán muy cortos y el sostenimiento habrá de
colocarse lo más rápidamente posible; mientras que en rocas con índices de calidad
medios, los avances serán más espaciados y se nos permitirá colocar el sostenimiento
más tarde (dejaremos que la roca entorno al túnel se deforme hasta un cierto punto).
En la Fig. 2 se muestran distintos tipos de sostenimiento (distintas rigideces) y
colocados a distintas distancias del frente (el ud1 más cerca del frente y ud2 más lejos del
mismo). El proyectista, tiene que ser lo suficientemente hábil como para efectuar la
elección adecuada del sostenimiento y el momento oportuno para su colocación.
Y aquí entra en juego el aspecto económico, siempre decisivo en ingeniería civil y que
también caracteriza a este método. Sostenimientos más rígidos implican un mayor coste
económico, pues las tensiones a resistir son mayores.
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Fig. 2. Distintos tipos de sostenimiento a distintas distancias del frente
Por este motivo, el nuevo método austriaco, aprovecha el comportamiento del macizo
rocoso, haciendo que la propia roca contribuya a la estabilidad del túnel, al dejar que
ésta se deforme hasta un punto adecuado, en que el sostenimiento que requerirá no
habrá de soportar tensiones tan elevadas y hará que éste resulte más económico.
Además, podremos colocar los diferentes sistemas de sostenimiento a una cierta
distancia del frente con lo que se mejorará la seguridad de los operarios que allí
trabajen.
Fig. 3. Actuación por separado y conjunta de distintos sostenimientos
colocados a diferentes distancias del frente de excavación
Por último, comentar que los distintos tipos de sostenimiento actúan conjuntamente
(Fig. 3.) al ir alcanzando las deformaciones establecidas, lo que nos permite jugar con el
punto de equilibrio y con la presión de confinamiento que deberá soportar el
sostenimiento.
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Fig. 4. Esquema tridimensional que representa las tareas de colocación delos distintos sostenimientos
Fig. 5. Encofradora del revestimiento definitivo tras haber colocado bulonado, cerchas y HP.
La utilización de los tres tipos de sostenimiento flexibles más extendidos son:
• Bulones
• Cerchas
• Hormigón Proyectado (HP)
Todos ellos han sido tratados en profundidad en el tema dedicado a la Interacción túnel-
sostenimiento, Capítulo 3.
A modo de ejemplo se muestra una sección típica de túnel con los 3 sistemas.
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Fig. 6. Sección típica de túnel con los tres tipos de sostenimiento apuntados
Existen otras tipologías de sostenimiento como los sistemas semiflexibles (pre-anillos)
y técnicas complementarias (paraguas ligeros y pesados, inyecciones, congelación, etc.).
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