Metodología aplicada a la optimización de espesores de túneles de dovelas mediante modelos sustitutos basados en análisis de riesgo sísmico

Abstract

El diseño dinámico de túneles a menudo conlleva la sobreestimación de parámetros debido a la incertidumbre en las solicitaciones reales de las estructuras, incrementando así los costos del proyecto. En la industria, los escenarios cinemáticos son comúnmente utilizados para simular sismos, pero su capacidad para capturar todo el comportamiento es limitada. Para superar este desafío, este trabajo propone una metodología de análisis de riesgo sísmico que optimiza los espesores de túneles de dovelas, proporcionando análisis simplificados basados en sistemas complejos, constituyendo una aproximación eficaz aunque no refleje el comportamiento exacto al 100 %. La metodología consta de cuatro etapas: generación de muestras de amenaza sísmica, caracterización de estas muestras en solicitaciones reales, incorporación en un modelo geomecánico de alta fidelidad y evaluación del desempeño sísmico. Dado que la resolución de la metodología implica integrales probabilísticas mediante el Modelo de Monte Carlo y requiere una gran cantidad de modelos para su desarrollo, este trabajo propone la sustitución por un metamodelo basado en Kriging. El metamodelo simplifica las relaciones con tres variables de entrada y ocho de salida, previamente entrenado. Esto permite la eficiente generación de una amplia gama de resultados para obtener valores máximos de esfuerzos junto con sus desviaciones. Con estos datos, se construyen curvas de esfuerzos en función del espesor y la probabilidad de falla del sistema,a las cuales se les realiza la optimización. Se ejemplifica la aplicación de la metodología con un caso base, destacando la eficiencia del metamodelo en la drástica reducción del tiempo computacional. Este enfoque basado en Kriging no solo minimiza los costos computacionales en el diseño de túneles, sino que también demuestra eficacia en la caracterización de escenarios desfavorables y comparaciones significativas. Más que resolver la problemática específica, sienta bases para futuras investigaciones en diversos ámbitos de ingeniería, consolidándose como una herramienta prometedora en el análisis de riesgo sísmico.