Il modello costitutivo di Cam-Clay è una delle più apprezzate rappresentazioni matematiche utilizzate per descrivere il comportamento meccanico dei terreni argillosi non drenati. Il modello prende il nome da A.W. Skempton e R.V. Whitman, che lo hanno sviluppato negli anni ’60.
Il modello di Cam-Clay si basa sull’idea che il comportamento del suolo argilloso non drenato sia governato da due meccanismi principali: la compressibilità del terreno e la sua resistenza al taglio. Il modello considera anche il fatto che il terreno argilloso subisce variazioni di volume durante il carico e lo scarico. Il modello utilizza tre parametri fondamentali per descrivere il comportamento del suolo:
- Indice di compressibilità (Cc): rappresenta la compressibilità del terreno argilloso e indica quanto il volume del suolo cambia in risposta a una variazione di pressione. Un valore elevato di Cc indica una maggiore compressibilità.
- Indice di dilatazione (Av): indica la variazione di volume del terreno quando viene sottoposto a una condizione di taglio senza drenaggio. Un valore elevato di Av indica una maggiore dilatazione.
- Angolo di resistenza al taglio non drenato (ϕu): rappresenta la resistenza al taglio del terreno argilloso quando è sottoposto a condizioni di taglio senza drenaggio. Un valore elevato di ϕu indica una maggiore resistenza al taglio.
Il „modello Cam-Clay” è stato sviluppato negli anni ’60 presso l’Università di Cambridge. Il modello è basato sulla teoria dello stato critico ed è stato ideato per simulare il comportamento di argille
normalconsolidate in condizioni di compressione triassiale. L’assunzione alla base del modello è quella di una relazione logaritmica tra la tensione efficace media e l’indice dei vuoti. Inoltre, il modello prevede un legame lineare tra la rigidezza e la pressione, molto realistico per argille normalconsolidate (NC); si riesce a distinguere tra il processo di caricamento primario e quelli successivi di carico e scarico.
Il modello di Cam-Clay assume che il terreno argilloso si comporti come un materiale elastoplastico. Durante il carico, il suolo si comprime e può raggiungere uno stato critico chiamato stato di Cam-Clay, in cui la compressibilità e la resistenza al taglio raggiungono valori massimi.
Il modello di Cam-Clay viene solitamente utilizzato per analizzare la stabilità dei pendii, il consolidamento dei terreni argillosi e il comportamento degli scavi in terreni coesivi.
Al fine di migliorarne ulteriormente l’accordo con i dati sperimentali e di estenderne il campo di applicabilita’, sono state proposte numerose modifiche alla formulazione originale del Cam-clay. In particolare, il “Cam-clay Modificato” proposto da Roscoe e Burland [67] `e preferibile al modello originale. Il Cam-clay Modificato si `e mostrato sufficientemente accurato nel descrivere il comportamento di argille normal-consolidate o debolmente sovraconsolidate in condizioni di carico quasi-statiche e monotone [93]. Tale modello `e stato impiegato con profitto per l’analisi di svariati problemi geotecnici, come, ad esempio, quelli relativi a serbatoi o rilevati fondati su argille (una delle prime applicazioni di questo tipo `e riportata in [90]). Inoltre il suo impiego richiede la determinazione di pochi parametri, ricavabili per mezzo di prove standard di laboratorio. Queste caratteristiche ne giustificano la sua frequente utilizzazione, sia in ambito di ricerca che nelle pratiche applicazioni.
Relazioni logaritmiche fra pressione p e volume specifico v Superficie di snervamento e superficie di stato critico nello
spazio delle tensioni principali
L’impiego del Cam-clay e del Cam-clay Modificato richiede la determinazione di quattro parametri adimensionali:
- l’indice di compressione vergine λ;
- l’indice di rigonfiamento k;
- la pendenza della linea di stato critico M;
- il volume specifico iniziale v0.
Per la determinazione dei suddetti parametri, teoricamente sono necessarie soltanto due prove di laboratorio: la prima, di compressione isotropa (comprendente anche un percorso di scarico, se il campione `e inizialmente normal-consolidato), consente di ricavare i parametri λ, k, vc1; la seconda, una prova triassiale standard in condizione drenata, `e finalizzata alla determinazione di M.
La distinzione operata fra la superficie di snervamento e la superficie critica permette al Cam-clay di superare uno dei principali limiti di applicabilit`a dei classici modelli elasto-plastici (Drucker-Prager, Tresca modificato, Mohr-Coulomb [28, 26, 71]). Nel Cam-clay e nel Cam-clay Modificato, infatti, le implicazioni dell’ipotesi di associativit`a del flusso plastico sono, da un punto di vista qualitativo, in ottimo accordo con il reale comportamento dei terreni.
Mohr-Coulomb e Cam Clay
Il modello di Mohr-Coulomb e il modello di Cam Clay sono due approcci utilizzati nell’ambito della meccanica dei suoli per descrivere il comportamento degli stessi durante il carico e lo sviluppo di deformazioni. Il modello di Mohr-Coulomb si basa sulla teoria della resistenza dei materiali ed è ampiamente utilizzato per analizzare la stabilità dei terreni. Secondo questo modello, la resistenza al taglio di un suolo è determinata da due parametri principali: l’angolo di attrito interno (ϕ) e la coesione (c). L’angolo di attrito interno rappresenta la capacità del suolo di resistere alla deformazione causata da uno sforzo tangenziale, mentre la coesione è la forza di resistenza interna del suolo che si oppone alla rottura.
Il modello di Cam Clay, invece, è una forma di analisi plastica sviluppata specificamente per i suoli argillosi. Questo modello considera il comportamento del suolo in tre fasi principali: compressibilità, scorrimento e consolidazione. La compressibilità rappresenta la riduzione del volume del suolo a seguito dell’applicazione di uno sforzo, lo scorrimento descrive il processo di deformazione plastica del suolo, mentre la consolidazione riguarda il processo di dissipazione dell’acqua all’interno del suolo e la conseguente riduzione dei vuoti.
Mentre il modello di Mohr-Coulomb è più generale e può essere applicato a diversi tipi di suoli, il modello di Cam Clay è specificamente adatto per i suoli argillosi. Quest’ultimo tiene conto delle caratteristiche particolari delle argille, come la loro compressibilità e la loro elevata sensibilità all’acqua. Il modello di Cam Clay è in grado di prevedere il comportamento di un suolo argilloso sia durante i carichi statici che durante i carichi dinamici.
Entrambi i modelli hanno i loro vantaggi e limitazioni e sono utilizzati in differenti contesti di analisi geotecnica. La scelta tra il modello di Mohr-Coulomb e il modello di Cam Clay dipenderà dalle caratteristiche specifiche del suolo in questione e dagli obiettivi dell’analisi. In generale, il modello di Mohr-Coulomb è più semplice e può essere applicato a una gamma più ampia di suoli, mentre il modello di Cam Clay offre una descrizione più accurata per i suoli argillosi.
