4.1. Efortul mediu \(p'\) și efortul deviator \(q\)#
Intuiție
Orice stare de eforturi poate fi despărțită în două: o parte care strânge uniform din toate părțile (și schimbă doar volumul) și o parte care deformează forma (și produce forfecare). Prima este \(p'\), a doua este \(q\). Consolidarea izotropă este numai \(p'\); edometrul este mai ales \(p'\), cu puțin \(q\); cutia de forfecare schimbă mai ales \(q\); triaxialul le controlează pe amândouă.
4.1.1. Definiții (triaxial)#
Pentru starea de eforturi din triaxial (\(\sigma'_a\) axial, \(\sigma'_r\) radial):
\(p'\) este efortul mediu efectiv (media celor trei eforturi principale efective). Unitate: kPa. Este „presiunea” pe care o simte scheletul.
\(q\) este efortul deviator. Unitate: kPa. Este „cât de inegale” sunt eforturile; dacă \(q = 0\), starea este izotropă și nu există forfecare. În compresiune triaxială \(q \ge 0\); în extensiune (\(\sigma'_a < \sigma'_r\)) \(q < 0\).
Invers:
4.1.2. Cazuri particulare#
Stare |
\(p'\) [kPa] |
\(q\) [kPa] |
|---|---|---|
consolidare izotropă, \(\sigma'_a = \sigma'_r = \sigma'_0\) |
\(\sigma'_0\) |
0 |
edometru / in situ, \(\sigma'_h = K_0\sigma'_v\) |
\(\sigma'_v\,(1+2K_0)/3\) |
\(\sigma'_v\,(1-K_0)\) |
cedare Mohr–Coulomb (\(c'=0\)) |
— |
\(q/p' = M\) (pagina Linia stării critice: M și \Gamma) |
Exemplul din Exercițiu 1.3: \(\sigma'_v = 80{,}5\) kPa, \(\sigma'_h = 48{,}3\) kPa ⇒ \(p' = (80{,}5 + 2\cdot48{,}3)/3 = 59{,}0\) kPa, \(q = 32{,}2\) kPa. Pământul in situ nu este niciodată la \(q = 0\): este deja parțial forfecat de propria greutate.
4.1.3. Totale și efective#
Presiunea apei mută starea pe orizontală (schimbă \(p'\)) și nu afectează \(q\). Asta este, în coordonate \(p'\)–\(q\), principiul lui Terzaghi din Efortul efectiv.
4.1.4. Legătura cu cercul lui Mohr#
Dacă ai învățat forfecarea cu cercul lui Mohr: centrul cercului este \(s' = (\sigma'_a+\sigma'_r)/2\), raza este \(t = (\sigma'_a-\sigma'_r)/2 = q/2\). Deci \(q = 2t\) și \(p' = s' - t/3\). Perechea \((s', t)\) (notația MIT) și perechea \((p', q)\) (notația Cambridge) spun același lucru; Cambridge o preferă pe a doua pentru că \(p'\) este media tuturor celor trei eforturi, deci se generalizează corect în 3D.
Pentru cei curioși: forma generală
Pentru o stare oarecare de eforturi (nu neapărat axial-simetrică):
\(p'\) este \(1/3\) din primul invariant al tensorului de eforturi; \(q\) este \(\sqrt{3J_2}\), cu \(J_2\) al doilea invariant al deviatorului. Pentru triaxial (\(\sigma'_2 = \sigma'_3\)) formula de \(q\) se reduce la \(\sigma'_1-\sigma'_3\). Aceasta este forma pe care o folosesc programele de element finit (PLAXIS, MIDAS GTS NX) când implementează Cam-Clay.
4.1.5. Deformațiile conjugate#
Fiecărui efort îi corespunde o deformație astfel încât produsul lor să fie lucrul mecanic pe unitate de volum, \(\delta W = p'\,\delta\varepsilon_v + q\,\delta\varepsilon_s\):
Nu le vom folosi mult înainte de cap. 6, dar observă simetria: \(p'\) lucrează cu \(\varepsilon_v\) (volum), \(q\) cu \(\varepsilon_s\) (formă). În nedrenat \(\varepsilon_v = 0\) ⇒ \(\varepsilon_s = \varepsilon_a\).
Rezumat
\(p' = (\sigma'_a + 2\sigma'_r)/3\) — strânge; \(q = \sigma'_a - \sigma'_r\) — forfecă.
\(u\) schimbă \(p'\), nu \(q\).
In situ: \(p' = \sigma'_v(1+2K_0)/3\), \(q = \sigma'_v(1-K_0)\).