Methods for the seismic analysis of transverse section of circular tunnels in soft ground Méthodes pour l'analyse séismique de la section transversale des tunnels circulaires en terre Emilio Bilotta, Giovanni Lanzano, Gianpiero Russo DIG, University of Napoli Federico II bilotta@unina.it , g.lanzano@unina.it , pierusso@unina.it . Filippo Santucci de Magistris SAVA, Engineering & Environmental Div., University of Molise, filippo.santucci@unimol.it Francesco Silvestri DDS, University of Calabria, f.silvestri@unical.it ABSTRACT The load increments induced by an earthquake in a tunnel lining can be ascribed to two different motion com- ponents: the ovalisation of the transversal section, induced by soil shear straining in the vertical plane, and the asynchronous movement of the ground-lining system along the longitudinal axis of the tunnel. Forces induced by earthquakes in a tunnel lining can be assessed with several procedures at different levels of complexity. In this paper, the different levels of analysis are developed on idealised geometry and soil cond i- tions, considered representative of soil classes specified by EC8 and the new draft Italian seismic code. Equivalent linear analyses along the transversal direction were carried out following two different design ap- proaches, corresponding to increasing levels of complexity of analytical models, soil characterisation and de- scription of seismic input: - pseudo-static analysis, where the seismic input is reduced to an equivalent inertia force or a peak strain a m- plitude, computed through a free-field pseudo-static analysis of the ground and then considered acting on the tunnel lining in static conditions as well; - full dynamic analysis, where the soil and tunnel responses are mechanically coupled and analysed via nu- merical modelling, such as finite element methods. The sample problem i s a circular tunnel of 6 m diameter, with the axis at a depth of 15 m in a 30 m thick layer of medium dense gravel, sand or soft clay, overlying a relatively stiff bedrock. The force increments as calculated with the different procedures in the transverse section have been com- pared, showing a fair approximation to the full dynamic analysis achieved with the pseudo-static approach. RÉSUMÉ Les incréments de charge induits par un tremblement de terre dans un revêtement de tunnel peuvent être attri- bués à deux composants différents de mouvement: l'ovalisation de la section transversale, induite par le cisail- lement du sol dans le plan vertical, et le mouvement asynchrone du système de sol-revêtement le long de l'axe longitudinal du tunnel. Ces forces peuvent être évaluées avec plusieurs procédures à différents niveaux de complexité. En cet article, les différents niveaux d'analyse sont développés sur une géométrie idéalisée et conditions de sous-sol considérées représentant des classes de sol indiquées par EC8 et le nouveau code séi s- mique italienne. Des analyses linéaires équivalentes le long de la direction transversale ont été effectuées après deux approches de conception différentes, correspondant à différents niveaux de complexité des m o- dèles analytiques, de la caractérisation du sol et de la description du signal séismique: - analyse pseudo-statique, où le signal séismique est réduite à une force équivalente d'inertie ou à une ampli- tude maximale de contrainte, calculée par une analyse pseudo-statique du mouvement séismique à champ libre et puis considérée agir sur le revêtement du tunnel en conditions statiques. - analyse dynamique complète, où les réponses du sol et du tunnel sont mécaniquement couplées et analysées par modélisation numérique, comme les méthodes d'éléments finis. Le problème analysé est d’un tunnel circulaire de diamètre de 6 m, avec l'axe à une profondeur de 15 m dans une couche épaisse 30 m de gravier moyen dense, de sable ou d'argile molle, recouvrant une roche en place relativement raide. Les incréments de force calculés avec les différentes procédures dans la section transver- sale ont été comparés, montrant que l'approche pseudo-statique réalise une juste approximation avec l’analyse dynamique. Keywor ds : underground structures, tunnels, seismic loads, pseudo-static analysis, dynamic analysis