Túneles Sometidos a Sismos: Concentración de Tensiones en los Portales

Abstract

Los túneles se convirtieron en componentes fundamentales de la infraestructura de grandes ciudades. Aunque tradicionalmente se consideró que estas estructuras no eran vulnerables a sismos y, por lo tanto, no necesitaban diseñarse para resistir estas demandas al estar enterradas, la experiencia muestra que sismos destructivos pueden ocasionar considerables daños estructurales y deben considerarse en el diseño. Ante la llegada de ondas sísmicas el medio se deforma y los túneles están sujetos a demandas cinemáticas debido a la interacción con el suelo que les impone la deformación. Los modelos utilizados en la práctica para evaluar estas situaciones o bien ignoran la interacción suelo- estructura, o consideran al túnel como una viga esbelta sobre fundación elástica, ignorando las distorsiones inducidas por el esfuerzo de corte (de particular importancia si las ondas S son dominantes) y las restricciones rotacionales que el medio puede aportar. Para superar estas inconsistencias se propusieron modelos de viga de Timoshenko sobre fundación de Winkler con restricciones transversales y rotacionales, en los que se puede observar una importante acumulación de tensiones en los extremos de la viga, que se incrementan con las longitudes de onda y con el contraste de rigidez entre el medio y la estructura. En el presente artículo se presentan soluciones analíticas para modelar el fenómeno que se comparan con otras soluciones existentes en la literatura y son validadas mediante un Modelo de Elementos Finitos 3D.