Structural integrity of tunnels under explosive threat scenarios

Los túneles son elementos clave en las redes de tráfico moderno, con una alta densidad de tráfico, y muchas veces cercanos a edificios y otras infraestructuras. Las consecuencias económicas y sociales de accidentes a gran escala y de amenazas, como incendios o explosiones bajo un escenario criminal o terrorista, son muy altas. La probabilidad de sufrir una explosión en un túnel es extremadamente baja en comparación con otros eventos, pero al mismo tiempo posee un enorme potencial de daño en la infraestructura, vida y medio ambiente. El presente trabajo se centra en el análisis de la integridad estructural local y global de túneles bajo un evento de explosión. En contraste con infraestructuras no subterráneas, un túnel se incrusta en el suelo, proporcionando cargas a la vez que soporta al mismo. Por ello, y debido a la amplia existencia de investigación en hormigón armado bajo altas velocidades de deformación, un análisis más profundo en el comportamiento del suelo bajo estas circunstancias sera presentado. El estudio combina simulaciones numéricas basadas en métodos de elementos finitos, utilizando Hydrocódigos, y experimentos a escala que incluyen túnel, suelo y detonación interna.

Tunnels are key elements in modern traffic networks with a high traffic density and important, highly frequented buildings and infrastructures in close distance. Against this background, economical and societal consequences of large scale accidents and malicious threats, such as fires or explosions under a criminal or terrorist background, are potentially very high. Explosions in tunnels have an extremely low probability of occurrence in comparison to other statistically certain events, but at the same time, an enormous damage potential for the structure, the life, and the environment. Within this context, the paper focuses on the local and global structural integrity of tunnel constructions in the event of explosions. In contrast to normal above-ground constructions, the tunnel is embedded in soil and supports the structure simultaneously. Because of that, and based on the broadly analyzed material behavior of reinforced concrete under high strain rates loading, a deeper analysis on the soil behavior under dynamic strain rates in combination with large stress amplitudes will be presented. The analysis combines numerical simulations by FE methods, using the so-called hydrocode formulation; and scaled experiments including the tunnel and the surrounding soil under an internal detonation.