Le prove CPT e CPTu: interpretazione stratigrafica assistita grazie ad un software

Interpretazione stratigrafica

Qualsiasi progettazione geotecnica deve basarsi, per essere sicura ed efficiente, su un appropriato modello geotecnico, il quale deriva strettamente dal modello geologico d’interpretazione stratigrafica.
In assenza di una corretta modellazione geologica lo sviluppo dei calcoli geotecnici è aleatorio e di dubbia efficienza e/o sicurezza. Le prove penetrometriche statiche (in continuo) forniscono set di dati adeguati allo sviluppo di tale modellazione.

L’interpretazione stratigrafica dalle prove CPTm e CPTu (vedi articolo "Le prove CPT e CPTu: stato dell’arte, generalità, normativa e interpretazione") può avvenire sia visivamente, in conformità a una prima valutazione visiva dei parametri ricavati dai test, sia attraverso l’elaborazione statistica dei parametri classificativi (del comportamento del terreno, es. SBT) in forma grafica e/o analitica.
Si osserva che, se l’interpretazione stratigrafica è condotta con i parametri meccanici non invarianti con la profondità (per es., qc o fs) presi singolarmente, si commettono almeno i seguenti errori:

1. si omette il noto incremento dei valori di tali proprietà di resistenza meccanica con la profondità, dato dall’incremento della tensione di confinamento laterale indotta dal tensore litostatico locale, con il risultato di non interpretare correttamente le reali e confrontabili caratteristiche dei terreni
2. si interpreta la stratigrafia attraverso un parametro derivato (la resistenza meccanica) che, nella misurazione locale, può essere simile per terreni anche molto diversi tra loro granulometricamente.

A scopo esemplificativo si riporta un grafico di una prova CPTm dove si confrontano i logs, ricavati in una successione argillosa, della resistenza alla punta (qc) con quelli della coesione non drenata (CU) amplificata di un fattore 10 per renderla visualmente confrontabile con la qc; si osserva che la “normalizzazione” (sui generis) per la tensione litostatica, operata nella determinazione del valore della CU, tende a “smorzare” (come un attenuatore di oscillazioni) le differenze di resistenza con il crescere della profondità, fatto evidente dopo i 5 m dal p.c.

Pertanto è inopinabile che una corretta interpretazione stratigrafica dovrebbe basarsi sull’unica proprietà fisica (non meccanica) derivabile dalle prove, ossia sul prima illustrato “tipo di comportamento del terreno” SBT (Index of Classification, I, nelle sue varie formulazioni) o, in assenza dello stesso (caso delle CPTm) su altri parametri classificativi del comportamento ad affinità litologica (es: Rf).

Non è possibile, allo stato attuale, valutare direttamente (senza l’ausilio di correlazioni empiriche) attraverso le prove CPT, altre caratteristiche dei terreni che ne caratterizzano la genesi e il tipo, quali la cementazione, la granulometria effettiva, lo stato di addensamento o di compattezza, ecc.
Sul mercato esistono diversi software che si occupano di elaborare i dati di prova CPT, sia graficamente sia analiticamente, mancano invece software specializzati nell’analisi stratigrafica oltre descritta.

Un codice di calcolo innovativo

Nell’attuale mercato sono disponibili numerosi software in grado di esaminare i dati grezzi di un log di prove in “quasi” continuo (es.: prove CPTm, CPTu, SCPT, ecc.), ottenendone dati correlati (empiricamente/sperimentalmente) di classificazione geotecnica, di resistenza, di deformabilità, ecc.
Se da un lato tali software elaborano le litologie lungo la verticale d’indagine, al momento non appare presente alcun programma che possa compiere suddivisioni stratigrafiche una volta definite le classi di comportamento SBT con la profondità.

Nell’attuale panorama commerciale infatti mancano o scarseggiano programmi specialistici in grado di analizzare un set monodimensionale di dati stocastici in log sotto il profilo statistico, interpretativo della successione e in grado di elaborare discretizzazioni del sottosuolo basate su criteri oggettivi che ottimizzano l’omogeneità e la distribuzione uniforme del dato acquisito.
Perciò l’idea è stata quella, per adesso, di concentrarsi sul singolo set di dati, analizzandone le caratteristiche di distribuzione e di potenziale correlazione geotecnica.

L’esigenza di suddividere razionalmente una stratigrafia su basi essenzialmente comportamentali (SBT) e in assenza d’informazioni dirette di natura geo-litologica (genesi del sedimento, granulometria, composizione, ecc.), ha quindi spinto l’autore della presente a produrre e collaudare un programma basato essenzialmente sulla valutazione statistica dei parametri classificativi finora descritti.
Il codice scritto è stato denominato GeoStratEx (parziale acronimo di Geotechnical Stratigraphic Examinations); è uno strumento CASS (acronimo di Computer Aided Stratighraphical Subdivision) di analisi di un log di dati acquisiti in scansione quasi continua lungo (generalmente) la profondità di un’indagine nel sottosuolo (es.: prove CPTm, CPTu, SCPT, ecc.), in grado di superare i limiti di una normale elaborazione con un foglio elettronico in termini di calcolo in real-time, ossia con rappresentazione dei risultati durante la variazione manuale dell’intervallo di calcolo.

Le prove CPT e CPTu: stato dell’arte, generalità, normativa e interpretazione
L'articolo vuole illustrare le principali metodologie ed elaborazioni per il riconoscimento stratigrafico automatizzato con le prove statiche, basato su metodi che utilizzano prevalentemente funzioni analitiche non complesse in modo da superare, nel calcolo automatico, il limite proprio delle classificazioni basate su abachi e nomogrammi basati su una o più caratteristiche rilevate.
LEGGI L'APPROFONDIMENTO

Sebbene sia pensato specificatamente per scopi di analisi geotecnica, quindi per l’analisi di dati in profondità nel sottosuolo (tipicamente per prove continue tipo CPT o SCPT), il software è applicabile a qualsiasi set di dati disposti lungo una scan-line virtuale, sia essa verticale sia essa disposta in una qualsiasi direzione, anche non necessariamente fisica; in quest’ultimo caso il vincolo (relativo) è dato dalla dimensione della scan-line che deve essere, come per le prove geotecniche, di ordine metrico.

Con GeoStratex si può importare un set di dati grezzi o i risultati di una correlazione ottenuti direttamente dal rilievo strumentale o dall’elaborazione con altri software, per concentrarsi sulla sua analisi, per ottenere in tempo reale, per esempio, i principali parametri statistici appartenenti:

• a tutta la scan-line della prova (valori massimo, minimo, medio, Standard Deviation, Skewness, Coefficiente Of Variation, valore modale, ecc.);
• a un determinato intervallo di profondità, per esempio nel volume significativo al di sotto di una fondazione superficiale, sulla superficie di uno scavo, ecc;
• agli strati di una discretizzazione in strati operata dall’utente (modello geologico o geotecnico), sulla base dei suggerimenti forniti dal software, per un numero di strati stabilito dall’utente, in grado di ottimizzare i parametri statistici riducendo la variabilità parametrica inter-strato;

Il software è realizzato con strumenti Microsoft^® freeware (nella fattispecie con tecnologia VB.net), pertanto gira su piattaforma Windows^®; esso è stato realizzato per la versione Window^s® 8.1 (versione 2013), per la quale è stato testato con il relativo framework di Windows.
L’esecuzione del programma non richiede, per il momento, alcuna installazione, ma solo il lancio per mezzo di doppio click sul file GeoStratEx.exe (file di programma).
Le elaborazioni del software sono basate, laddove presenti, sulle normative internazionali di comprovata validità, oltre che sulla bibliografia specialistica specifica disponibile sul web, puntualmente citata nel presente manuale, laddove utilizzata.

In particolare, per le elaborazioni litologiche delle prove CPTm e CPTu ci si è avvalsi delle teorie e formulazioni esposte in quest’articolo e nei precedenti.
Il software è sviluppato con interfaccia grafica quasi completamente in lingua inglese al fine di una sua diffusione internazionale.

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