Evaluación de Riesgo Sísmico de Túneles Circulares en Depósitos de Suelo
Date
2019
Type:
Thesis
item.page.extent
88 p.
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Publisher
Universidad del Desarrollo. Facultad de Ingeniería
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Abstract
Los túneles urbanos son un componente importante de los sistemas de transporte modernos y transportan diariamente a millones de personas. Por este motivo, es esencial que su diseño incorpore los efectos de un evento sísmico severo y que este satisfaga los criterios de serviciabilidad e integridad estructural. En general, los túneles sufren menores niveles de daño que las estructuras superficiales, sin embargo, terremotos recientes (e.g., Niigataken-Chuetsu 2004, o Düzce 1999) han causado daños estructurales de consideración. Debido a la incertidumbre que aún persiste en la evaluación de la respuesta sísmica de túneles, y a la luz de los últimos estudios experimentales, esta investigación tiene como objetivo el desarrollo de curvas de fragilidad y riesgo con la finalidad de aportar información relevante para los tomadores de decisiones acerca de la respuesta sísmica de túneles.
Como caso estudio se consideró un túnel circular de 6 m de diámetro en un depósito de arena seca media densa y a 12 m de profundidad. Se desarrolló un modelo de elementos finitos en OpenSees R considerando una ley constitutiva no-lineal para la arena y elementos lineales para el túnel; el modelo numérico fue validado con los resultados de un ensayo centrífuga y con un análisis lineal equivalente 1D de una columna de suelo en campo libre. El modelo numérico reproduce correctamente la rigidez y amortiguamiento del suelo, y la propagación de ondas en el depósito. Asimismo, el modelo numérico reproduce la distribución de esfuerzos internos en el túnel que predice la teoría de elasticidad.
Se evaluó la respuesta sísmica del túnel usando 285 registros sísmicos de terremotos corticales escalados a valores de PGA entre 0.08 g y 4.92 g y se desarrollaron funciones de fragilidad para distintos parámetros de respuesta. Los resultados indican que la respuesta media del túnel (e.g., esfuerzos internos, aceleraciones máximas, drifts, deformación diametral, etc.) varía linealmente con tres medidas de intensidad analizadas.
Se evaluó el riesgo sísmico para un túnel hipotético ubicado en Oakland, CA; los resultados muestran que la deformación de corte en el suelo y el drift en el túnel son comparables para periodos de retorno Tr < 2475 años, lo cual permite para este caso el uso del método simplificado de campo libre. Asimismo, las deformaciones diametrales en el túnel para periodos de retorno de 1000 y 2475 años son consistentes con los valores estimados según el procedimiento simplificado de AASHTO-2010 para un túnel en suelo tipo D.
La presente investigación incorpora el estado del arte en el cálculo del riesgo sísmico compatible con las metodologías de diseño basado en desempeño, y la metodología empleada permite estimar riesgo para distintas configuraciones de túneles y en otras regiones sísmicas.
Description
Tesis presentada a la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Desarrollo para optar al
grado académico de Master en Ciencias de la Ingeniería
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Keywords
070012S, Ingeniería sísmica, Terremotos, 070012S