Seismic response of deep tunnels. Continuum and discontinuum numerical analysis

Abstract

Resumen. La cresciente necesidad de nuevas líneas de transporte y red de servicios han generado un incremento de demanda por un ampliado y elaborado uso del espacio subterráneo en áreas urbanas. Algunos de estos proyectos reguardan la construcción de nuevas líneas de metro, redes de agua, gas, telecominicaciones y conexiones electricas; así como estacionamentos subterráneos. Otras aplicaciones para la construcción de obras subterráneas comprenden el cruce de barreras naturales como ríos y montañas, para su uso tanto de autopistas como de ferrovías. Estas estructuras son proyectadas siguiendo el método estático, donde el estado tensional calculado depende de la geometría de escavación y de las propiedades del macizo rocoso. Actualmente, se debe tener en cuenta las fuerzas debido a terremotos. La ocurrencia de eventos sísmicos no solo representa un factor potencial en la perdida de vidas humanas ; sino también, daños en las infraestructuras , que pueden seriamente influir en la funcionalidad de servicios de una región, durante y después de un sismo. El objetivo de esta tesis consiste en el desarrollo de una razional y consistente metodología de análisis sísmico de túneles en rocas. Serán mostrados diferentes métodos de diversos autores sobre este tema prestando mayor atención al análisis de la estructura. Esta tesis parte con el estudio de diversos túneles que han suftido daños sísmicos entre los cuales: el terremoto de 1995 Kobe (Japón), el terremoto de 1999 Chi-Chi (Taiwan) y el terremoto de 1989 Loma Prieta (USA). En general, el análisis debido a fuerzas sísmicas viene efectuada en términos de deformación y esfuerzos impuestos sobre la estructura del terreno circondante, normalmente a causa de la interación entre ambos. Los métodos aplicados comprenden el análisis de túneles en condición estática y condición dinámica, considerando dos medios, uno continuo y el otro discontinuo. El modelo continuo considera el macizo rocoso representado por uníco cuerpo homogeneo, en vez, en el modelo discontinuo el macizo rocoso es subdividido por uno ó más sistema de discontinuidades. Las principales fases de análisis comprenden: (a) caracterización del macizo rocoso para el análisis en condición estática, (b) análisis estática, (c) defenición del input sísmico, (d) análisis dinámica, (e) sobraposición de los efectos estáticos y dinámicos tanto para los modelos en continuo como en discontinuo. La respuesta del túnel será examinada en dirección transversal. Sobre esta dirección tanto la respuesta estática como aquella dinámica, al continuo y discontinuo, serán estudiadas siguiendo un análisis numérico mediante la aplicación del Método a los Elementos Distintos. Este método permite representar el macizo rocoso como un conjunto de bloques que pueden ser considerados como "deformables" o "no deformables". Los juntos y las discontinuidades son considerados como interfaces entre cuerpos distintos. El software empleado en este trabajo, que toma in consideración el método anteriormente descrito, se llama UDEC, del inglés Universal Distinct Element Codeo Este progama permite análizar el túnel en condición estática y dinámica previo al inserimento del input sísmico, tanto para medios discontinuo s como continuos. Los resultados obtenidos con el análisis numérico fuerón confrontados con aquellos obtenido mediante metodos análiticos, con el objetivo de comprovar la eficiencia del programa. El método propuesto fué aplicado a un túnel situado en la Italia meridional. El túnel forma parte de la línea ferroviaria que conecta los puebos de Caserta y Foggia, que sen encuentran situadas en la parte norte de la cadena montañosa de los Appennini Meridionali, una de las zonas sísmicamente más activas en Italia.