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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))
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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
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Algunas características del NMA
● Sostenimiento inmediato: Ver diagramas de
Mohr anteriores (confinamiento inicial)
● Jugar con:
ƒ Densidades de los elementos de sostenimiento
ƒ 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
ƒ Alambre/redondo de 3-6 mm
ƒ Luces de 15 x 15 cm
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Bulones I
● Colocar con rapidez tan pronto como se puede
ƒ
En colocación: mecanización total posible (t < 2 min)
ƒ
¡RENDIMIENTO FLEXIBLE! (hasta 100 bulones/8 horas con un equipo)
ƒ
Sostenimiento activo
● Acero de armar, corrugado, alto límite elástico
ƒ
Ø = 20-25 mm
ƒ
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
ƒ
Resina → cartucho → batido rotación bulón/bisel → fraguado 4-6 min
ƒ
Cemento → cartucho 2-3 horas
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Bulones II
● Plan de ensayos: Comprobar al menos 5 por cada 1000 bulones
empleados
ƒ Cargas del ensayo:
–
10T si 20 mm Ø
–
15T si 25 mm Ø
ƒ 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.
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Hormigón proyectado
● Algunas fechas:
ƒ 1907 → Ing. Price
ƒ 1940 → EEUU (mortero puesto en obra mediante aire comprimido: Cement-gun o gunita)
ƒ 1968 → ACI: Standard for shotcreting
● Óptimo: 15 cm de espesor
ƒ 1940 → Árido máximo: 8 mm
ƒ 1950 → Árido máximo: 25 mm (hormigones)
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Hormigón proyectado
● Vía húmeda (EEUU):
ƒ
Buen control del agua
ƒ
Poca pérdida rebote
ƒ
Mejor higiene
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● Vía seca (Europa):
ƒ
Mayor flexibilidad en la utilización
ƒ
Más compacidad hormigón
ƒ
Más rendimiento
ƒ
Único posible en terrenos con agua
ƒ
Resistencia más uniforme
ƒ
Hasta 200 m de alcance (los
materiales se transportan bien hasta
la zona de aplicación, a excepción
del hormigón)
ƒ
Más aditivos
ƒ
Máquinas robotizadas
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Hormigón proyectado
● Capas:
ƒ 3-10 cm
ƒ Espesor total < 30-40 cm
● Rendimiento:
ƒ 3-6 m3/hora
ƒ Hacer pruebas antes del comienzo de la obra
ƒ Resistencias
–
100-130 kg/cm2 a 3 días
–
250-300 kg/cm2 a 28 días
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Hormigón proyectado
● Coeficiente de rebote:
ƒ Cae al suelo/Queda adherido
< 50% en bóvedas
< 15% en hastiales
● Factor de colocación
ƒ 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:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
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
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L=6m cada
4m2
Dos capas de
10 cm
L=6m cada
1m2
Una capa de
10 cm
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● A comprobar sistemáticamente:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
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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●
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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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●
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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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