Nuevo método austriaco de construcción de túneles

El nuevo método austriaco de construcción de túneles ( NATM ), también conocido como método de excavación secuencial ( SEM ) o método de revestimiento de hormigón proyectado ^{[ 1 ]} ( SCL ), Neue Österreichische Tunnelbaumethode (NÖT) en alemán, es un método moderno de diseño y construcción de túneles que emplea un sistema de monitorización sofisticado para optimizar diversas técnicas de refuerzo de paredes en función del tipo de roca que se encuentra a medida que avanza la excavación. Esta técnica cobró relevancia por primera vez en la década de 1960 gracias al 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, dada su ventaja económica de aprovechar la resistencia geológica inherente a la masa rocosa circundante para estabilizar el túnel siempre que sea posible, en lugar de reforzarlo por completo. ^{[ 2 ]}

Generalmente se considera que NATM/SEM contribuyó a revolucionar la industria moderna de la construcción de túneles. Muchos túneles modernos han utilizado esta técnica de excavación, ya que es muy rentable, incluso en condiciones kársticas . ^{[ 3 ]}

El NATM integra los principios del comportamiento de las masas rocosas bajo carga y el monitoreo del desempeño de la construcción subterránea durante la ejecución. A menudo se ha hecho referencia al NATM como un enfoque de "diseño sobre la marcha", al proporcionar un soporte optimizado basado en las condiciones del terreno observadas. Más precisamente, puede describirse como un enfoque de "diseño sobre la marcha", basado en la convergencia y divergencia observadas en el revestimiento y el mapeo de las condiciones predominantes de la roca. No se trata de un conjunto de técnicas específicas de excavación y soporte.

NATM tiene siete elementos:

• Aprovechamiento de la resistencia de la masa rocosa nativa  : Se basa en la conservación de la resistencia inherente de la masa rocosa circundante como componente principal del soporte del túnel. El soporte primario está dirigido a permitir que la roca se sostenga por sí misma.
• Protección del hormigón proyectado  : Es fundamental minimizar el aflojamiento y la deformación excesiva de la roca . Esto se logra aplicando una fina capa de hormigón proyectado inmediatamente después del avance del frente de excavación.
• Medición y monitoreo  : Es fundamental monitorear cuidadosamente las posibles deformaciones de la excavación. El método NATM requiere la instalación de instrumentación de medición sofisticada, la cual se integra en el revestimiento, el terreno y las perforaciones . En caso de detectarse movimientos, se instalan soportes adicionales solo cuando sea necesario, lo que resulta en un ahorro general del costo total del proyecto.
• Soporte flexible  : El revestimiento primario es delgado y refleja las condiciones recientes de los estratos . Se utiliza soporte activo en lugar de pasivo, y el túnel se refuerza mediante una combinación flexible de pernos de roca , malla de alambre y nervaduras de acero, no mediante un revestimiento de hormigón más grueso.
• Cierre de la solera  : especialmente crucial en terrenos blandos, el cierre rápido de la solera (la parte inferior del túnel), que crea un anillo de soporte de carga, es importante y tiene la ventaja de aprovechar la resistencia inherente de la masa rocosa que rodea el túnel.
• Acuerdos contractuales  : Dado que el NATM se basa en mediciones de monitoreo, son posibles cambios en el soporte y el método de construcción, pero solo si el sistema contractual lo permite.
• La clasificación de la masa rocosa , que va desde muy dura hasta muy blanda, determina las medidas de soporte mínimas necesarias y evita el despilfarro económico derivado de medidas de soporte innecesariamente resistentes. Existen diseños de sistemas de soporte para cada una de las principales clases de roca. Estos sirven como guía para el refuerzo de túneles.

Según el cálculo de la sección transversal óptima , solo es necesaria una fina capa de hormigón proyectado. Esta se aplica inmediatamente detrás del frente de excavación del túnel para crear un anillo de soporte natural y minimizar la deformación de la roca. Se instalan instrumentos geotécnicos para medir la deformación posterior de la excavación . Es posible monitorizar la distribución de tensiones en 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, por ejemplo, debido a grietas o agua en la cantera . El refuerzo se realiza con hormigón armado que se puede combinar con nervaduras de acero o pernos de orejeta, no con hormigón proyectado más grueso.

Las propiedades medidas de la roca sugieren las herramientas adecuadas para el refuerzo de túneles, donde los requisitos de soporte se pueden estimar tradicionalmente utilizando el sistema RMR o Q. ^{[ 4 ]} 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 realizar ajustes inmediatos en los detalles constructivos, pero requiere un sistema contractual flexible para respaldar dichos cambios.

El método NATM se desarrolló originalmente para su uso en los Alpes, donde los túneles se excavan comúnmente a gran profundidad y en condiciones de alta tensión in situ . Los principios del NATM son fundamentales para la construcción de túneles moderna, y este método implica abordar específicamente las condiciones del suelo que se encuentran. La mayoría de los túneles urbanos se construyen a poca profundidad y no requieren controlar la liberación de la tensión in situ, como ocurría con el NATM original en los Alpes. Los proyectos urbanos dan mayor prioridad a minimizar el asentamiento y, por lo tanto, tienden a utilizar métodos de soporte diferentes a los del NATM original. Esto ha generado confusión terminológica, ya que los ingenieros de túneles utilizan el término "NATM" con distintos significados.

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

Para este estilo moderno de construcción de túneles se utilizan otras denominaciones; en túneles menos profundos se suelen emplear el Método de Excavación Secuencial (SEM) o el Revestimiento de Hormigón Proyectado (SCL). En Japón, se utilizan los términos Método de Muro Divisorio Central NATM 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 anular general. De este modo, las propias formaciones de soporte formarán parte de esta estructura de soporte". ^{[ 5 ]}

Algunos ingenieros utilizan NATM cuando proponen hormigón proyectado para el sostenimiento inicial del terreno en un túnel a cielo abierto. El término NATM puede resultar engañoso en relación con los túneles en terrenos blandos. Como señala Emit Brown, NATM puede referirse tanto a una filosofía de diseño como a un método de construcción . ^{[ 6 ]}

Las características clave de la filosofía de diseño de NATM son:

• La resistencia del terreno que rodea un túnel se moviliza deliberadamente hasta el máximo posible.
• La movilización de la resistencia del terreno se logra permitiendo una deformación controlada del mismo.
• El soporte primario inicial se instala con características de carga -deformación adecuadas a las condiciones del terreno, y la instalación se programa en función de las deformaciones del terreno.
• Se instala instrumentación para controlar las deformaciones en el sistema de soporte inicial, así como para servir de base para variar el diseño del soporte inicial y la secuencia de excavación .

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

• El túnel se excava y se apuntala de forma secuencial, y las secuencias de excavación pueden variar para adaptarse eficazmente a las condiciones específicas de la roca que se encuentre.
• El soporte inicial del terreno se proporciona mediante hormigón proyectado en combinación con refuerzo de fibra o malla metálica soldada, arcos de acero (generalmente vigas de celosía) y, a veces, refuerzo del terreno (por ejemplo, anclajes de suelo , pilotes ).
• El soporte permanente suele consistir en un revestimiento de hormigón vertido in situ colocado sobre una membrana impermeabilizante.
• Se produce un cierre rápido de la solera, es decir, la parte inferior del túnel, para crear un anillo estructural que aprovecha el arco de roca o suelo que se forma de forma natural en la parte superior del tramo del túnel.

El derrumbe del túnel del Heathrow Express en 1994 generó dudas sobre la seguridad del NATM. Sin embargo, el juicio posterior atribuyó el derrumbe a la mala calidad de la mano de obra y a fallos en la gestión de la construcción, en lugar de al NATM. ^{[ 7 ]}

• Ingeniería geotécnica
• Clasificación de macizos rocosos
• Túneles
• Análisis de la deformación controlada en rocas y suelos

• Johann Golser, El nuevo método austriaco de construcción de túneles (NATM), fundamentos teóricos y experiencias prácticas. 2.ª conferencia sobre hormigón proyectado , Easton, Pensilvania (EE. UU.), 4-8 de octubre de 1976.

• Herramienta de análisis de interacción entre el sistema de apoyo en tierra y el sistema de soporte terrestre