Hypoplasticity and elastoplasticity for soils.

O grande número de modelos constitutivos existentes, apresentados com diferentes graus de clareza e generalidade, e a terminologia variada tornam a compreensão dessa área da Mecânica dos Solos tarefa difícil. Com o intuito de contribuir para a mudança dessa situação, foram escolhidas duas classes de modelos, os elastoplásticos e os hipoplásticos, para um estudo comparativo. O primeiro passo é elaborar uma teoria da Elastoplasticidade, na linha da moderna Mecânica do Contínuo, cujas principais características são: obediência ao princípio da objetividade material, a tensão como solução de equação diferencial hipoelástica e como resposta à deformação imposta, o emprego exclusivo de tensores definidos na configuração corrente,como parece adequado para solos. Mostra-se que esta Elastoplasticidade e a Hipolasticidade compartilham características fundamentais, mas tratam de modo muito distinto o fenômeno da irreversibilidade. O modelo Cam-Clay é reconstruído e generalizado com o auxílio das equações elastoplásticas propostas. Soluções analíticas são obtidas em trajetórias retilíneas de tensão. Na segunda parte deste trabalho é proposta uma nova equação hipoplástica, que envolve quatro constantes características do material, bem conhecidas na Mecânica dos Solos. Seu desempenho no confronto com resultados de diversos ensaios de laboratório com um solo siltoso (particularmente, ensaios triaxiais com diferentes trajetórias de tensão) e com as previsões do Cam-Clay está entre medianamente bom e bom. A inexistência do domínio elástico em Hipoplasticidade proporciona uma resposta mais realista que as do Cam-Clay (assim como de outros modelos elastoplásticos) nas trajetórias de tensão em que ocorre diminuição da tensão octaédrica. A equação é capaz de reproduzir fenômenos e características importantes do comportamento dos solos, como o estado crítico, a envoltória de resistência, o comportamento normalizado, o comportamento em deformações proporcionais, as mudanças de comportamento em diferentes trajetórias de tensão e deformação. A simplicidade da equação proposta permite uma análise de seu comportamento global que auxilia na sua compreensão e comparação com outros modelos. Os resultados principais são as soluções analíticas nas deformações proporcionais e um quadro sintético de respostas.The great number of existing constitutive models, presented in different degrees of clarify and generality, and the varied terminology make the comprehension of this area of Soil Mechanics a difficult task. With the aim of contributing to change this situation two classes of models, hypoplastic and elastoplastic models, have been chosen for a comparative study. The first step is the development of a theory of Elastoplasticity in the lines of modern Continuum Mechanics, the main characteristics of which are obedience to the principle of material objectivity, the stress as the solution of a hypoelastic differential equation and as a response to an imposed deformation, the exclusive use of tensors defined at the current configuration as it seems suitable for soils. It is shown that this Elastoplasticity and Hypoplasticity share fundamental characteristics but treat irreversibility in quite different ways. The Cam-Clay model is reconstructed and generalized with the help of the proposed elastoplastic equations. Analytical solutions are obtained in straight stress paths. In the second part of this work a new hypoplastic equation is proposed involving four material constants which are well-known in Soil Mechanics. Its performance in the prediction of results of several laboratory tests on a silty soil (especially triaxial tests along different stress paths) and as compared to Cam-Clay predictions lies between fairly good and good. The inexistence of an elastic domain in Hypoplasticity allows a more realistic response than that of Cam-Clay (as well as of other elastoplastic models) in stress paths in which the octahedral stress is reduced. The equation is able to reproduce important soil characteristics and phenomena as critical states, strength envelope, normalized behavior in proportional deformations, changes in behavior in different stress or strain paths.The equation is simple enough to allow an analysis of its global behavior, helping the comprehension and the comparison with other models. Main results are analytical solutions in proportional deformations and a synthetic response portrait