6.1. Patru ingrediente#
Intuiție
Îndoaie puțin o agrafă de birou și dă-i drumul: revine. Îndoaie-o mai tare: rămâne îndoită, iar ca s-o îndoi și mai mult trebuie să apeși mai tare decât prima dată. În aceste trei propoziții sunt toate ideile plasticității: o zonă elastică, o limită de la care deformația rămâne, o direcție în care materialul cedează și o întărire care mută limita mai departe.
6.1.1. Lista#
Orice model elasto-plastic, pentru oțel sau pentru pământ, răspunde la patru întrebări:
Ingredient |
Întrebarea |
Răspunsul Cam-Clay |
Îl avem deja? |
|---|---|---|---|
1. Elasticitatea |
Cum se deformează materialul cât timp deformația este recuperabilă? |
volumic: după URL, cu panta \(\kappa\) [–]; la forfecare: cu un modul \(G\) [kPa] |
|
2. Curba de curgere |
La ce combinații \((p', q)\) începe deformația permanentă? |
o curbă în planul \(q\)–\(p'\), a cărei mărime este dată de \(p'_0\) [kPa] |
doar repere (Suprafața completă și peretele elastic) |
3. Regula de curgere |
Când curge, în ce direcție se deformează: cât volum și câtă forfecare? |
raportul \(\delta\varepsilon_v^p/\delta\varepsilon_s^p\) [–] depinde numai de \(\eta = q/p'\) |
nu |
4. Întărirea |
Cum se mută curba de curgere când materialul curge? |
\(p'_0\) crește când proba se contractă plastic, după NCL |
Ne lipsesc ingredientele 2 și 3. Vom vedea că sunt legate: dacă îl știm pe 3, îl putem calcula pe 2.
6.1.2. Deformații elastice și deformații plastice#
Orice mică deformație o despărțim în două părți:
Indicele \(e\) înseamnă elastic (se recuperează la descărcare), indicele \(p\) înseamnă plastic (rămâne). \(\varepsilon_v\) este deformația de volum, iar \(\varepsilon_s\) deformația de forfecare, definite în Efortul mediu p' și efortul deviator q. Simbolul \(\delta\) înseamnă „o mică variație”: modelul lucrează în pași mici, pentru că răspunsul pământului depinde de starea în care se află la fiecare pas.
6.1.3. Ingredientul 1: elasticitatea#
Volumul. Pe o linie de descărcare–reîncărcare, \(v = v_\kappa - \kappa\ln p'\). Pentru o mică variație a lui \(p'\):
\(K'\) este modulul de deformație volumică. Nu este o constantă: crește proporțional cu \(p'\). Pentru Weald Clay la \(v = 1{,}60\) [–] și \(p' = 200\) kPa, \(K' = 1{,}60 \cdot 200/0{,}035 = 9\,140\) kPa.
Forfecarea. Avem nevoie de încă o constantă elastică, pe care teoria stării critice nu o dă:
unde \(G\) [kPa] este modulul de forfecare. În practică se alege fie \(G\) constant, fie, mai des, un coeficient al lui Poisson \(\nu'\) [–] constant, din care
Cu \(\nu' = 0{,}3\) [–], \(G = 0{,}46\,K'\); în exemplul de mai sus, \(G = 4\,220\) kPa. Acesta este „al șaselea parametru” pomenit în Cei cinci parametri — tabel recapitulativ.
Două proprietăți ale părții elastice
Variația de volum depinde numai de \(p'\), iar cea de forfecare numai de \(q\). În interiorul curbei de curgere, forfecarea nu schimbă volumul.
De aici rezultă ce am folosit în Suprafața completă și peretele elastic: nedrenat și elastic înseamnă \(\delta\varepsilon_v^e = 0\), deci \(\delta p' = 0\). Drumul de eforturi efective urcă vertical.
6.1.4. Ingredientul 4: întărirea#
Îl avem din edometru. Când o probă este împinsă de-a lungul NCL de la \(p'_0\) la \(p'_0 + \delta p'_0\), partea plastică a deformației de volum este (vezi De la C_c, C_s la \lambda, \kappa):
Citită invers, relația spune cum se schimbă „memoria” pământului: \(p'_0\) crește când proba se contractă plastic și scade când se dilată plastic. Cam-Clay face aici o ipoteză importantă: nu contează cum a apărut deformația plastică de volum, prin compresiune sau prin forfecare. Efectul asupra lui \(p'_0\) este același.
De ce numai volumul? Pentru că, în acest model, starea internă a pământului este descrisă de un singur număr, îndesarea. Deformația plastică de forfecare, oricât de mare, nu schimbă \(p'_0\) dacă volumul nu se schimbă. Exact asta se întâmplă la stare critică.
6.1.5. Ce urmează#
Rămân de găsit regula de curgere și curba de curgere. Pentru prima avem nevoie de o idee fizică nouă, pe pagina următoare.
Rezumat
Un model elasto-plastic are patru ingrediente: elasticitate, curbă de curgere, regulă de curgere, întărire.
Elastic: \(\delta\varepsilon_v^e = (\kappa/v)\,\delta p'/p'\) și \(\delta\varepsilon_s^e = \delta q/(3G)\).
Întărire: \(\delta\varepsilon_v^p = [(\lambda-\kappa)/v]\,\delta p'_0/p'_0\); numai deformația plastică de volum schimbă \(p'_0\).
Singura constantă nouă este \(G\) [kPa] (sau \(\nu'\) [–]).