Modelos constitutivos para simular el comportamiento de las propiedades dinámicas de arenas carbonatadas de la sonda de Campeche y litoral Tabasco

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo, se desarrollaron ecuaciones predictivas que modelan el comportamiento de las propiedades dinámicas de arenas marinas con diferente contenido carbonatos. Con base en la información de campañas de exploración geotécnica de la Sonda de Campeche y Litoral Tabasco (Pemex 2015), se eléboro una base datos mediante curvas de degradación medidas en laboratorio correspondientes al módulo de rigidez al esfuerzo cortante normalizado, G/Gmáx, y la relación de amortiguamiento, D, en función de la deformación angular, γ, para estudiar la no linealidad de las arenas carbonatadas. De acuerdo con el estudio de las propiedades de las curvas de degradación, se clasificaron en tres grupos con base en su contenido de carbonatos; arenas calcáreas (i.e. arenas con contenidos de carbonatos entre 10% y 50%), arenas carbonatadas sílicas calcáreas (i.e. arenas con contenidos de carbonatos entre 50% y 90%) y arenas carbonatadas (i.e. arenas con contenidos de carbonatos entre 90% y 100%). De cada grupo, se generaron dos relaciones hiperbólicas modificadas independientes para G/Gmáx, y D, en función dos parámetros: la deformación de referencia, definida como la deformación angular a la cual el módulo de rigidez al corte se ha reducido a 0.5 de Gmáx, y para la relación de amortiguamiento (D), se empleó la deformación de referencia al 50% de la diferencia de la relación de amortiguamiento máxima y mínima; como segundo parámetro se consideró la curvatura que controla la proporción de reducción para ambas propiedades. Para la relación de amortiguamiento se utilizaron dos parámetros adicionales, que corresponden al amortiguamiento mínimo (Dmín) y la diferencia de la relación de amortiguamiento máxima y mínima (Dmáx-Dmín). Cabe mencionar, que los esfuerzos de confinamiento efectivo que presentan las arenas son la base del desarrollo de los modelos constitutivos que se exponen como resultados de este trabajo. Las ecuaciones obtenidas para el cálculo del módulo de rigidez al esfuerzo cortante normalizado y la relación de amortiguamiento, en función de la deformación angular, son fáciles de aplicar en la práctica y resultan útiles cuando no se cuenta con pruebas de laboratorio. Por otro lado, las curvas de degradación son una pieza importante en los análisis de la respuesta sísmica de estructuras costa fuera, desplantadas sobre suelos granulares con presencia de carbonatos. ABSTRACT: The development of predictive equations that model the behavior of the dynamic properties of marine sands with different carbonate content is presented in this work. Based on information from geotechnical exploration campaigns of the Bay of Campeche and Tabasco Coastline (Pemex 2015), a data base was developed by means of degradation curves were obtained measured in laboratory, of the normalized shear modulus, G/Gmax, and material damping ratio, D, versus cyclic shear strain., γ, to study the non-linearity of carbonated sands. According to the study of the properties of the degradation curves, they were organized in three groups based on their carbonate content; calcareous sands (ie sands with carbonate contents between 10% and 50%), siliceous carbonate sand (ie sands with carbonate contents between 50% and 90%) and carbonated sands (ie sands with carbonate contents between 90% and 100%). Two independent modified hyperbolic relations for normalized modulus reduction and material damping ratio versus cyclic shear strain were developed for each group. The normalized shear modulus was modeled using two parameters: the reference strain defined as the strain at which G/Gmax is equal to 0.5, and for the material damping ratio was using a reference strain γrD defined as the strain at which D/Dmax= 0.5. Curvature parameter that controls the curvature of the both properties, as a second parameter. Regarding the damping ratio, two more parameters were used, corresponding to maximum material damping ratio Dmax, and minimum material damping ratio Dmin. It is worth mentioning that the effective confining pressure presented the sands are the basis for the development of the constitutive models that are exposed as results of this work. The expressions obtained for the calculation of normalized modulus reduction and damping ratio, as a function of shear strain, are easy to apply in practice and are useful when laboratory tests are not available. On the other hand, the degradation curves are an important piece in the analysis of the seismic response of offshore structures, displaced on granular soils with the presence of carbonates.