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La prova SPT (Standard Penetration Test): le perdite energetiche per forze non dissipative

La progettazione geotecnica con le NTC 2018 da' grande importanza alla scelta dei parametri geotecnici di resistenza dei terreni; la prova SPT, largamente diffusa, è ancora basata sull'interpretazione empirica. Il presente articolo continua i precedenti come contributo all'interpretazione analitica e razionale della prova SPT.

La prova SPT (Standard Penetration Test) è una delle indagini maggiormente utilizzate nel mondo per la caratterizzazione geotecnica dei terreni; nella maggior parte dei casi, la caratterizzazione geotecnica dei terreni interessati dalla prova avviene con l’utilizzo di correlazioni empiriche sperimentali (in sito o di laboratorio) sito-specifiche.

Nonostante la loro larga e sperimentata diffusione, dette correlazioni non sono fisicamente basate e funzionano, generalmente, sul parametro grezzo NSPT che non rappresenta una grandezza con significato meccanico; per tale motivo le soluzioni analitiche, come quelle illustrate nel presente articolo e in quelli successivi, rappresentano un metodo più efficace nella prassi progettuale dell’ingegneria.

Nel presente articolo si illustra l’analisi delle componenti e delle perdite in Forza Statica Equivalente della SPT.

   

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La prova SPT (Standard Penetration Test): basi teoriche e interpretazione energetica dinamica del test
 

La prova SPT (Standard Penetration Test): dall’energia dinamica alla Forza Statica Equivalente

  

L’espansione laterale del terreno durante l’infissione della punta del campionatore

Durante l’infissione del campionatore la punta, a geometria tronco-conica cava, incontra (nel tratto convergente) una forza resistente elastica del terreno circostante denominata R5, indotta durante l’espansione della cavità cilindrica, inizialmente di diametro Dp (al punto 0) e progressivamente allargata al diametro De ad infissione completamente avvenuta.

Ai fini della conoscenza della meccanica della prova SPT è utile conoscere tale forza.

Durante gli avanzamenti N2 e N3 la punta del campionatore è già penetrata nel terreno, pertanto ogni infissione unitaria media δSPT induce, in un generico punto del contorno della punta, un allargamento o variazione diametrale Y, che scritta in termini infinitesimali, con riferimento alla successiva figura, vale:

 

Da cui:

dDp = Y ∗ Lp

  
Y è una costante nota, il cui valore è calcolabile dalla geometria di allargamento tronco-conico della punta cava.
Per la teoria dell’elasticità, l’espansione di una cavità cilindrica [Wittke, 1990], in un mezzo perfettamente elastico (oltre che omogeneo isotropo e continuo) e in condizioni di deformazioni piane (plane strain, ipotesi assunta temporaneamente come valida con trascurabili effetti di bordo), produce il seguente incremento tensionale finito della sollecitazione radiale di una cavità cilindrica di diametro iniziale Dp:

  



Figura 1 – Schema concettuale delle forze resistenti alla punta per espansione della cavità cilindrica

 

Figura 1 – Schema concettuale delle forze resistenti alla punta per espansione della cavità cilindrica
Figura 1 – Schema concettuale delle forze resistenti alla punta per espansione della cavità cilindrica
(Credit: P. Froldi)


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