Constitutieve modellen
De relatie tussen spanningen en rek worden constitutieve relaties genoemd en vormen tezamen het constitutieve model of materiaalmodel. Er zijn veel constitutieve modellen beschikbaar. De modellen variëren van relatief eenvoudig, zoals het lineaire elastisch model volgens de wet van Hooke tot zeer complexe modellen.
Een meerwaarde van het gebruik van eindige elementen methode ten opzichte van de glijvlakmodellen is dat een meer complexe modellering van het grondgedrag mogelijk is. Het nadeel van het gebruik van hoogwaardige constitutieve modellen is dat deze modellen meer parameters vragen dan de eenvoudige modellen waardoor meer aandacht nodig is voor parameterbepaling met behulp van laboratoriumonderzoek of veldmetingen. Tevens kan het gebruik van de meer complexe modellen eerder leiden tot numerieke instabiliteit of langere rekentijden.
De keuze van het materiaalmodel waarmee de berekening wordt uitgevoerd is belangrijk. Het model dient voldoende complexiteit te bevatten om het grondgedrag voor de beoogde schematisatie en rekendoel te kunnen modeleren. Zo zal vervorming als gevolg van kruip een belangrijke bijdrage leveren aan de vervormingen die een ophoging op een slappe humeuze ondergrond gedurende zijn levensduur zal ondergaan. Een berekening van de verwachte vervormingen zal in dat geval bij voorkeur worden uitgevoerd met een model dat kruip modelleert.
Na de keuze van het constitutieve model is de bepaling van de parameters van belang. Met behulp van de definities van de afzonderlijke parameters kan een eerste schatting worden gemaakt. De hele parameterset kan worden gevalideerd met behulp van één element berekeningen, single point analysis. In een dergelijke berekening wordt een laboratoriumproef nagerekend. Vervolgens kunnen de spannings – rek karakteristieken en of de spanningspaden worden vergeleken met proefresultaten. Op basis van de vergelijking kunnen parameters worden geoptimaliseerd. De Soil Test Module van het computerprogramma PLAXIS is een voorbeeld van software waarmee dergelijke optimalisaties kunnen worden uitgevoerd.
Bij gebruik van glijvlakmodellen (paragraaf 6.6), is het in de Nederlandse praktijk gebruikelijk om berekeningen op basis van rekenwaarden van de sterkte uit te voeren. Bij gebruik van de eindige elementen modellen is het niet gebruikelijk om berekeningen te baseren op rekenwaarden. Indien sterkte-eigenschappen van de verschillende lagen worden verlaagd en bijbehorende stijfheden verlaagd of verhoogd, wordt mogelijk een ander maatgevend bezwijkmechanisme gevonden dan bij gebruik van verwachtingswaarden. Om te voorkomen dat een constructie op het verkeerde bezwijkmechanisme wordt ontworpen, wordt bij gebruik van eindige elementen methoden uitgegaan van verwachtingswaarden of karakteristieke waarden van de materiaalparameters.
Een gedetailleerde beschrijving van de afzonderlijk modellen valt buiten de scoop van dit handboek. Meer informatie omtrent materiaalmodellen kan worden gevonden in:
Brinkgreve R.B.J., Kumarswamy S., Swolfs W.M.(2016) Manual PLAXIS 2016; material models manual, Plaxis bv ISBN 13:978-90-76016-20-7
Lade P.V. (2005) Overview of constitutive models for soils ASCE Geotechnical Special Publication no 128, Soil Constitutive Models: Evaluation, Selection and Calibration ed. Yamamuro & Kaliakin p 1 – 34.
Nakai T. (2012) Constitutive modelling of Geomaterials; principles and applications CRC Press ISBN -13: 978-0-203-86884-3
Wood D.M. (1991) Soil Behaviour and critical state soil mechanics Cambridge University Press, Cambridge