Cam-Clay généralisé (CCG)

Le modèle Cam-clay généralisé repose sur les mêmes principes que le modèle Cam-clay modifié. Cependant, il apporte une amélioration considérable, notamment pour la modélisation du sol dans le domaine supercritique. Dans ce domaine, il réduit significativement le degré d’adoucissement ainsi que la résistance au cisaillement prédite (voir la ligne pointillée dans la figure suivante correspondant à la projection du modèle Cam-clay modifié dans le plan méridien) dans le cas des sols fortement surconsolidés. Comme l’illustre la projection de la surface de charge dans le plan méridien, le modèle suit, dans la région supercritique (région de surconsolidation), des modèles de type Mohr-Coulomb. Toutefois, contrairement à ces modèles, il permet la modélisation de l’état critique des sols. La projection de la surface de charge dans le plan déviatorique est décrite par la surface de charge de Matsuoka-Nakai, qui est cohérente avec tous les modèles élasto-plastiques à durcissement/adoucissement.

a) surface de charge dans l’espace des contraintes principales, b) projection dans le plan déviatorique, c) projection dans le plan méridien

L’évolution de la pression de préconsolidation ainsi que la signification des paramètres définissant les relations constitutives sont décrites en détail dans la présentation du modèle Cam-clay modifié. Des informations complémentaires sont disponibles dans le manuel théorique. Les paramètres définissant le modèle de matériau Cam-clay généralisé sont résumés dans le tableau suivant.

Contrairement au modèle Cam-clay modifié, l'angle de frottement à l'état critique φ_cs est l'un des paramètres d'entrée. En outre, le modèle introduit l'angle maximal de frottement interne définissant la pente , cf. la figure précédente. Avec la pente de la ligne d'état critique g (contrairement à la pente de la ligne d'état critique M_cs dans le modèle Cam-clay modifié, cette quantité n'est pas constante en raison de l'application du critère de rupture de Matsuoka-Nakai), elle est fournie par les expressions suivantes :

où θ est l'angle de Lode et la fonction Χ(θ, φ_cs) définit la forme du critère de rupture de Matsuoka-Nakai. De plus amples informations sont disponibles dans le manuel théorique.

De manière similaire au modèle Cam-clay modifié, le module d'élasticité E n'est pas l'un des paramètres d'entrée, mais il est déterminé à partir du module de compressibilité K_s​ et du coefficient de Poisson. Le module de compressibilité est donné par :

L’évolution de la rigidité, de manière similaire au modèle Cam-clay modifié, dépend de la contrainte effective moyenne σ_m​. Cela est étroitement lié à la sélection du pas de charge initial, qui nécessite, pour des valeurs très faibles de contrainte initiale, d’être suffisamment petit. Pour accélérer la convergence, il semble utile d’exploiter le nombre minimal d'itérations pour un seul pas de charge. L’influence de l'amplitude du pas de charge initial sur l’évolution des contraintes et des déformations est décrite en détail ici.

La définition de la pression de préconsolidation initiale p_cⁱⁿ​, du module de compressibilité initial Kⁱⁿ​, et de l'indice des vides initial e_in​ est décrite en détail dans la présentation du modèle Cam-clay modifié. L'indice des vides initial e_in​, qui correspond à l’état à la fin de la première étape de calcul, n’est pas directement fourni en entrée, mais il est déterminé de manière calculatoire à partir de la valeur d'indice des vides initial e₀​ et de l'état courant des contraintes.

Le modèle permet d’ajuster la valeur initiale de la pression de préconsolidation p_c​ en fonction du degré attendu de préconsolidation à l’aide des paramètres OCR et POP. Des détails sont disponibles ici. Il convient de noter que cette option n’est disponible que lorsqu’on définit la contrainte géostatique initiale à l’aide de la procédure K₀.

Si des conditions non drainées sont requises dans l'analyse, on peut procéder avec l'analyse de Type (1): analyse en contraintes effectives (c_ef, φ_ef) uniquement.

Le modèle Cam-clay généralisé permet également de réaliser l’analyse de stabilité. Cependant, cette option n’est disponible que lors de l'exécution de l'analyse de stabilité dans une phase de construction donnée. La tâche est résolue en réduisant progressivement à la fois l'angle de frottement interne au pic φ et l'angle de frottement à l'état critique φ_cs​ comme suit :

où ζ est le coefficient de réduction, φ et φ_cs​ sont les valeurs courantes des angles de frottement et φ_d et φ_{cs, d}​ représentent les paramètres réduits. Le coefficient de sécurité FS est alors donné par :

Le module de compressibilité est maintenu fixe pendant le processus de réduction. Il est défini comme étant égal à celui à la fin de l'analyse de contraintes correspondante dans une étape de calcul donnée.

Les performances du modèle dans le cadre de tests de laboratoire simples sont examinées ici, incluant une étude comparative avec le modèle Cam-clay modifié.

L'implémentation du modèle de matériau Cam-clay généralisé dans le programme GEO5 MEF est décrite en détail dans le manuel théorique.