Modelo Generalizado de Cam Clay (GCC)

El modelo Cam-clay generalizado se basa en los mismos principios que el Modelo Cam-clay Modificado. Sin embargo, ofrece una mejora considerable, concretamente al modelar el suelo en un dominio supercrítico. En este sentido, reduce considerablemente el grado de ablandamiento, así como la resistencia al corte prevista (véase la línea punteada en la siguiente figura, correspondiente a la proyección del Modelo Cam-clay Modificado en el plano meridiano) en el caso de suelos altamente sobreconsolidados. Como se desprende de la proyección de la superficie de fluencia en el plano meridiano, el modelo sigue en la región supercrítica (región de sobreconsolidación) los modelos de tipo Mohr-Coulomb. Sin embargo, a diferencia de estos modelos, permite modelar el estado crítico de los suelos. La proyección de la superficie de fluencia en el plano desviatorio se describe mediante la superficie de fluencia de Matsuoka-Nakai, que concuerda con todos los modelos elasto-plásticos con endurecimiento/ablandamiento.

a) superficie de fluencia en el espacio de tensión principal, b) proyección en planos desviadores y c) meridianos

La evolución de la presión de preconsolidación así como el significado de los parámetros que definen las relaciones constitutivas, se describen en detalle en la presentación del modelo Cam-clay Modificado. Se pueden encontrar más detalles en el manual teórico. Los parámetros que definen el modelo generalizado de material Cam-clay se resumen en la siguiente tabla.

A diferencia del modelo Cam-clay Modificado, el ángulo de fricción en estado crítico φ_cs es uno de los parámetros de entrada. Además, el modelo introduce el ángulo máximo de fricción interna que define la pendiente , éase la figura anterior. Junto con la pendiente de la línea de estado críticov g a diferencia de la pendiente de la línea de estado crítico M_cs en el modelo Cam-clay Modificado, esta cantidad no es constante debido a la aplicación del criterio de falla de Matsuoka-Nakai), se obtiene mediante las siguientes expresiones:

donde θ es el ángulo Lode y la función Χ(θ, φ_cs) define la forma del criterio de falla de Matsuoka-Nakai. Se pueden encontrar más detalles en el manual teórico.

De forma similar al modelo Cam-clay Modificado, el módulo de elasticidad E no es uno de los parámetros de entrada, sino que se determina a partir del módulo volumétrico K_s y el coeficiente de Poisson. El módulo volumétrico se obtiene mediante

La evolución de la rigidez, de manera similar al modelo Cam-clay Modificado, depende de la tensión efectiva media σ_m. Esto está estrechamente relacionado con la selección del paso de carga inicial, que requiere que valores muy bajos de tensión inicial sean suficientemente pequeños. Para acelerar la convergencia, resulta útil aprovechar el número mínimo de iteraciones para un solo paso de carga. La influencia de la magnitud del paso de carga inicial en la evolución de la tensión y la deformación se describe en detalle aquí.

La configuración de la presión inicial de preconsolidación p_cⁱⁿ, el módulo volumétrico inicial Kⁱⁿ, y el ratio de vacíos inicial e_in se describe en detalle en la presentación del modelo Cam-clay Modificado. el ratio de vacíos inicial e_in, que corresponde al estado al final de la primera etapa de cálculo, no se introduce directamente, sino que se determina computacionalmente a partir del valor introducido del ratio de vacíos e₀ y el estado actual de la tensión.

El modelo permite ajustar el valor inicial de la presión de preconsolidación p_c en función del grado de preconsolidación esperado mediante los parámetros OCR y POP. Puede encontrar más información aquí. Tenga en cuenta que esta opción solo está disponible al configurar la tensión geoestática inicial con la ayuda del procedimiento K₀.

En el análisis, si se requieren condiciones no drenadas se puede proceder sólo con el Tipo (1): análisis únicamente en tensión efectiva (c_ef, φ_e).

El modelo generalizado de Cam-clay también permite realizar el análisis de estabilidad. Sin embargo, esta opción solo está disponible cuando se ejecuta el análisis de estabilidad en una etapa de construcción determinada. La tarea se resuelve reduciendo gradualmente tanto el ángulo máximo de fricción interna φ como el ángulo de fricción en estado crítico φ_cs como se indica a continuación.

donde ζ es el coeficiente de reducción, φ, φ_cs son los valores reales de los ángulos de fricción y φ_d, φ_{cs, d} representan los parámetros reducidos. El factor de seguridad FS viene dado por

El módulo volumétrico se mantiene fijo durante el proceso de reducción. Se establece igual al valor inicial del análisis de tensiones correspondiente en una etapa de cálculo determinada.

Aquí se examina el rendimiento del modelo en ensayos de laboratorio sencillos, incluyendo un estudio comparativo con el modelo Cam-clay Modificado.

La implementación del modelo generalizado de materiales Cam-clay en el programa MEF de GEO5 se describe en detalle en el manual teórico.