Resumen en Inglés :
In the present thesis work, the influence on pre-existing structures of the excavation of two road tunnels in the Metropolitan Region of Santiago de Chile is analysed. This is a densely populated area of the Chilean capital, characterised by the presence of an important underground metro network, a large number of high-rise buildings and very diverse ground conditions, with gravelly, mixed and fine soils in the northern, central and southern sectors of the region respectively. Advanced finite element software was used to model the geometric domain of the problem for typical 2D sections in three different soil profiles. Three constitutive models were used to represent the mechanical behaviour of the soils with an increasing degree of detail: Mohr-Coulomb, Hardening Soil and Hardening Soil Small. The geotechnical parameters of the models were obtained from available reports of a comprehensive geotechnical survey campaign. The models included the pre-existing structures, as well as the construction and long-term stages of the newly constructed tunnels and all soil-structure interactions between them.
The model also took into account the stages of the conventional excavation method known as the New Austrian Tunnelling Method (NATM). The simulations made it possible to evaluate the cumulative effects of the excavation of these two tunnels on the ground and nearby structures. The case of a tunnel in the Metro network was analysed separately from the case of a typical reinforced concrete building in the city. Different project designs were studied: tunnel sections with and without counter-vault, and construction procedures with two or four excavation stages. Structural and serviceability acceptance criteria were applied to evaluate different designs. Finally, mitigation measures were evaluated in order to meet the acceptance criteria. The results obtained allowed conclusions to be drawn on the influence of the different design and material characterisation topics on the impact of the new project on the terrain and pre-existing structures.
Resumen en Español :
En el presente trabajo de tesis, se analiza la influencia de la excavación de dos túneles viales en la Región Metropolitana de Santiago de Chile sobre las estructuras preexistentes. Se trata de una zona densamente poblada de la capital chilena, caracterizada por la presencia de una importante red de metro subterráneo, un gran número de edificios de gran altura y condiciones del terreno muy diversas, con suelos gravosos, mixtos y finos en los sectores norte, central y sur de la región, respectivamente. Se utilizó un software avanzado de elementos finitos para modelar el dominio geométrico del problema, considerando secciones 2D representativas en tres perfiles de suelo distintos. Para representar el comportamiento mecánico de los suelos, se emplearon tres modelos constitutivos con un grado de detalle creciente: Mohr-Coulomb, Hardening Soil y Hardening Soil Small. Los parámetros geotécnicos de dichos modelos se obtuvieron a partir de informes existentes de una exhaustiva campaña de investigación geotécnica. Los modelos incluyeron las estructuras preexistentes, así como las etapas de construcción y el comportamiento a largo plazo de los nuevos túneles, considerando todas las interacciones suelo-estructura.
Asimismo, el modelo contempló las etapas del método de excavación convencional conocido como el Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles (NATM, por sus siglas en inglés). Las simulaciones permitieron evaluar los efectos acumulativos de la excavación de estos dos túneles sobre el terreno y las estructuras cercanas. Se analizó por separado el caso de un túnel de la red de Metro y el de un edificio típico de hormigón armado en la ciudad. Se estudiaron diferentes configuraciones de proyecto: secciones de túnel con y sin contrabóveda, y procedimientos constructivos que contemplan dos o cuatro etapas de excavación. Para evaluar las distintas alternativas, se aplicaron criterios de aceptación estructural y de aptitud al servicio. Finalmente, se evaluaron medidas de mitigación con el fin de cumplir con dichos criterios. Los resultados obtenidos permitieron extraer conclusiones sobre cómo los distintos aspectos del diseño y la caracterización de los materiales influyen en el impacto que el nuevo proyecto genera sobre el terreno y las estructuras preexistentes.
