Análisis sísmico de estructuras enterradas

Abstract

En los últimos años se ha desarrollado la ingeniería subterránea en el Perú, particularmente en Lima, donde se está construyendo una red de transporte masivo subterránea. Sin embargo, el conocimiento local sobre el análisis sísmico de estas estructuras es muy limitado. Por ejemplo, el código de diseño sísmico peruano para estas estructuras está en marcha a pesar de que estos proyectos de infraestructura subterránea llevan en desarrollo más de una década. Por lo tanto, para brindar información sobre el comportamiento sísmico de estas estructuras, en esta investigación se presentan dos enfoques para el análisis sísmico de un túnel “Cut and cover“ en las gravas de la ciudad de Lima. El primero considera un análisis de respuesta de suelo en campo libre y el segundo un análisis dinámico de la interacción entre el túnel y el suelo. Para este propósito se obtuvieron registros sísmicos a partir de un proceso de ajuste espectral de eventos sísmicos de subducción históricos. El análisis de respuesta sísmica de sitios en condición de campo libre y condición de interacción se realizó utilizando el método de elementos finitos, modelando el comportamiento dinámico del suelo con el modelo constitutivo “Hardening Soil with Small Strains Stiffness” (HSS), mientras que para el túnel se empleó el modelo elástico lineal. Las propiedades dinámicas de los materiales se estimaron a partir de pruebas geofísicas y se basaron en la literatura disponible para este tipo de suelos aluviales de grava. El análisis de respuesta sísmica en términos de aceleraciones y desplazamientos muestra una fuerte influencia de la presencia del túnel en áreas cercanas a la estructura, además, se observaron patrones de deformación en las proyecciones laterales de la superficie, destacando los efectos de la interacción suelo-estructura sobre el suelo circundante.

Over the past few years, the underground engineering has been developed in Lima, Peru, where a massive subway transportation network is being built. However, local knowledge about the seismic analysis of these structures is limited. For instance, the Peruvian seismic design code for underground structures is underway despite these underground structures have been in development for more than a decade. Therefore, to bring insights into the seismic behavior of these structures in this research are presented two approaches for the seismic analysis of a Cut and Cover Tunnel in the gravels of Lima. The former considers a free field soil response analysis and the last one a dynamic analysis of the cut and cover tunnel and soil interaction. For this purpose, ground motion records were obtained from a spectral matching process of historical subduction earthquakes. The seismic response analyses in free field and soil-structure interaction conditions were performed using the finite element method, modeling the soil with the Hardening Soil with Small Strains Stiffness constitutive model and the tunnel with the lineal elastic model. The dynamic properties of the materials were estimated from geophysical tests and the literature available for this type of alluvial gravelly soil. The seismic response analysis in terms of accelerations and displacements shows a strong influence of the presence of the cut and cover tunnel generates in areas close to the structure, besides, deformation patterns were observed on the lateral projections over the surface, highlighting the effects of the soil-structure interaction on the surrounding soil.