Análisis sísmico de estructuras subterráneas

Abstract

A medida que los espacios urbanos se desarrollan surge la necesidad de construir infraestructura que se adapte a los requerimientos de funcionalidad cada vez más exigentes del estilo de vida de las sociedades. Las estructuras subterráneas cumplen con este objetivo, convirtiéndose en elementos esenciales en el desarrollo de las actividades humanas. La presente tesis trata sobre el análisis sísmico de estructuras subterráneas ubicadas en zonas altamente sísmicas, como es el caso de la costa del Perú. Se presentan algunos métodos analíticos simplificados empleados con tal fin y las hipótesis en que se basan. Mediante análisis dinámicos considerando el comportamiento no lineal e inelástico del suelo se verifica la aplicabilidad de tales métodos. Luego, se estudia cómo influyen en las deformaciones y momentos flectores de la estructura factores como el tipo de suelo (homogéneo o estratificado), la profundidad, la intensidad del sismo, y la geometría y rigidez de la estructura. Se ha encontrado que los métodos simplificados son inadecuados para representar la respuesta sísmica cuando las no linealidades en el suelo son importantes, como ante la ocurrencia de sismos fuertes. Cuando la estructura está implantada en suelo homogéneo, los resultados varían poco al emplearse varios sismos ajustados a un mismo espectro objetivo. Sin embargo, cuando está en suelo heterogéneo, los resultados muestran variaciones importantes; de manera que el ajuste a un mismo espectro elástico resulta insuficiente para uniformizar la demanda sísmica. La geometría de la estructura o el espesor de sus muros pueden hacer que ésta sea más o menos flexible. En suelos homogéneos convienen estructuras más flexibles. Mientras que en suelos heterogéneos las estructuras muy flexibles pueden originar grandes deformaciones que podrían significar niveles de daño importante. Por ello, en tales casos es necesario contar con estructuras con muros de espesor suficiente y con geometrías apropiadas, de manera que las deformaciones sean controladas y los momentos flectores se mantengan en un rango razonable.

As the urban spaces develop the need appears to build infrastructure that fits the increasingly demanding requirements of functionality of society's lifestyles. The underground structures perform towards this end, becoming essential elements in the development of human activities. This work deals with the seismic analysis of underground structures located in highly seismic zones, like the coast of Peru. With this aim, some simplified analysis methods are presented with their basic hypothesis. Through dynamic analyses accounting for the nonlinear inelastic behavior of the soil, the applicability of such methods is considered. Thereafter, we study how factors such as the soil characteristics (homogeneous or stratified), the depth, the earthquake intensity, and the geometry and stiffness of the structure influence its deformation and bending moments. It has been found that the simplified methods are insufficient to represent the seismic response when the nonlinearities in the soil are important, as is the case in strong earthquakes. When the structure is placed in a homogeneous soil, the results have only small variations when several different earthquake records adjusted to the same target spectrum are used. However, when it is placed in a heterogeneous soil, the results show important differences. Thus, the adjustment to the same target spectrum does not imply a uniform seismic demand. The geometry of the structure or its wall thickness have considerable influence, making the structure more or less flexible. In homogeneous soils flexible structures are more convenient. While in heterogeneous soils having a too flexible structure may result in large deformations and important damage. Therefore, in such cases structures with enough wall thickness and appropriate geometries are necessary, so that deformations will be controlled, and the bending moments will be in an acceptable range. NOTA : TESIS APROBADA CON EXCELENCIA