Tesis:
Análisis sísmico de estaciones subterráneas de Metro construidas por el método de Cut-and-Cover
- Autor: GORDO MONSÓ, Carlos
- Título: Análisis sísmico de estaciones subterráneas de Metro construidas por el método de Cut-and-Cover
- Fecha: 2020
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: INGENIERIA Y MORFOLOGIA DEL TERRENO
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/65408/
- Director/a 1º: OLALLA MARAÑÓN, Claudio
- Director/a 2º: GONZÁLEZ GALINDO, Jesús
- Resumen: La acción que ejerce el sismo sobre las estaciones subterráneas de metro es un aspecto más que debe tener en cuenta el ingeniero proyectista a la hora de abordar el diseño de las mismas. En las normativas internacionales actuales de diseño sismorresistente conviven diversas técnicas simplificadas para analizar los efectos que la acción sísmica ejerce sobre las estructuras enterradas. En el caso de estructuras rectangulares para estaciones subterráneas de metro, construidas por el método de cut-and-cover, cada una de estas metodologías de análisis puede proporcionar resultados dispares, en términos de esfuerzos estructurales tales como momentos flectores o esfuerzos cortantes. Esta falta de homogeneidad en los criterios de análisis redunda en estructuras que presentan márgenes de seguridad diferentes frente a los terremotos en función del método seleccionado. En esta tesis doctoral se aborda un análisis crítico de las metodologías presentes en la normativa internacional actual y literatura técnica pertinente, y se propone un método simplificado para el análisis de deformaciones y esfuerzos de estructuras enterradas rectangulares sometidas a la acción del sismo. El método propuesto unifica las dos tendencias actuales más relevantes, correspondientes al método propuesto por Wang (Wang 1993) y recogido en la normativa estadounidense (AASHTO 2017, FHWA 2009), y a los métodos preconizados por las normativas sismorresistentes europea (EN 1998- 2:2005, EN 1998-5:2004), y japonesa (JSCE 2018, RTRI 2007) entre otras. Para evaluar la precisión del método simplificado propuesto se ha desarrollado un conjunto de modelos de elementos finitos bidimensionales en deformación plana, con comportamiento tanto lineal como no lineal del terreno, sobre los que se han realizado múltiples análisis paramétricos para estudiar la influencia de los diversos factores que afectan al comportamiento de las estaciones subterráneas de metro bajo la acción del sismo, tales como la rigidez de la estructura y del terreno, geometría de la estructura, y el comportamiento del terreno bajo grandes deformaciones a cortante. Asimismo, en esta tesis doctoral se realiza un análisis crítico de los criterios de demanda y desempeño sísmicos presentes en la normativa internacional actual, y se propone un marco conceptual para establecer una matriz de demanda/desempeño teniendo en cuenta tanto la accesibilidad como la reparabilidad de los elementos estructurales susceptibles de sufrir daño durante un sismo. ----------ABSTRACT---------- Earthquake action on underground subway stations is one more aspect that engineers shall consider when facing its design. In current international earthquake-resistant design codes several distinct simplified techniques coexist in order to analyze the effects that seismic action bears on buried structures. In the case of rectangular structures for underground subway stations, built by the cut-and-cover method, each of these methodologies may provide uneven results, in terms of internal forces like bending moments and shearing forces. This lack of consistency across codes in the analysis criteria results into structures with different safety margins against earthquakes, depending on the particular analysis method selected. In this Ph.D. dissertation a critical analysis of current international design codes and relevant technical literature is addressed, and a simplified method is proposed for the analysis of strains and internal forces in rectangular underground structures subjected to the earthquake action. The proposed method unifies the current two more relevant tendencies, corresponding to the Wang method (Wang 1993) covered by the US design codes (AASHTO 2017, FHWA 2009), and the methods present in the European (EN 1998-2:2005, EN 1998-5:2004), and Japanese (JSCE 2018, RTRI 2007) earthquake-resistant design codes. To assess the accuracy of the proposed simplified method, a series of two-dimensional finite element models in plane-strain, both with linear and non-linear soil behavior have been developed. Extensive parametric analyses have been carried out to study the influence of the several factors, such as structure geometry, stiffness, soil characteristics, and soil strain level, affecting the behavior of underground subway stations subjected to the earthquake action. Additionally, in this Ph.D. dissertation, a critical analysis of the seismic demand and performance criteria present in current international design codes is addressed, and a conceptual frame is proposed to establish a demand/performance matrix considering the repairability and accessibility of those elements likely to be damaged during an earthquake.