Analisi a ritroso delle prove di carico su pali in sito per la determinazione delle proprietà meccaniche del terreno

Abstract

La stima affidabile dei parametri meccanici del terreno rappresenta ancora una sfida cruciale nell’ingegneria geotecnica, in particolare per la progettazione e l’analisi delle fondazioni profonde, come i pali. Gli approcci tradizionali—basati su correlazioni empiriche o prove di laboratorio—soffrono spesso di limitata accuratezza, scarsa trasferibilità tra siti o costi elevati. Il presente studio propone e valida un quadro pratico di analisi inversa che integra prove di carico in sito con modellazione numerica, con l’obiettivo di determinare in modo più accurato ed efficiente parametri chiave quali la rigidezza, l’angolo di attrito e la dilatanza.

Una prova di carico verticale su palo in scala reale, integrata con dati derivanti da prove penetrometriche standard (SPT), costituisce la base empirica dello studio. Il software agli elementi finiti PLAXIS 2D è stato impiegato per simulare l’interazione palo-terreno, utilizzando un modello costitutivo di Mohr–Coulomb adeguato al profilo sabbioso del sito di prova. Attraverso un processo iterativo di back-analysis e analisi di sensitività, la ricerca identifica quali correlazioni empiriche della rigidezza risultano maggiormente coerenti con il comportamento osservato in sito, valutando inoltre l’influenza delle condizioni al contorno, della discretizzazione della mesh e della resistenza all’interfaccia sulle previsioni di cedimento.

I risultati evidenziano l’efficacia della modellazione inversa basata su dati sperimentali nel rappresentare realisticamente la risposta del palo e nel migliorare l’affidabilità delle simulazioni numeriche. La metodologia proposta affronta due problematiche centrali della pratica corrente: la scarsa precisione dei metodi convenzionali di stima dei parametri nei terreni granulari e l’assenza di un approccio strutturato e validato per l’applicazione dell’analisi inversa a dati di campo. Il quadro metodologico sviluppato consente non solo una calibrazione più robusta dei modelli, ma contribuisce

The reliable estimation of mechanical soil parameters remains a critical challenge in geotechnical engineering, particularly for the design and analysis of deep foundations such as piles. Traditional approaches—relying on empirical correlations or laboratory testing—often suffer from limited accuracy, site-specific inconsistency, or high cost. This research introduces and validates a practical inverse analysis framework that integrates field load testing with numerical modelling, aiming to extract key parameters such as stiffness, friction angle, and dilatancy more accurately and efficiently.

A full-scale vertical pile load test, combined with Standard Penetration Test (SPT) data, serves as the empirical foundation of this study. The finite element software PLAXIS 2D was employed to simulate pile–soil interaction, using a Mohr–Coulomb constitutive model suitable for the sandy soil profile at the test site. Through iterative back-analysis and sensitivity studies, the research identifies which empirical stiffness correlations align best with observed field behaviour and evaluates the effects of boundary conditions, mesh discretization, and interface strength on settlement predictions.

The findings highlight the effectiveness of data-driven inverse modelling in capturing realistic pile response and improving the reliability of numerical simulations. The proposed methodology addresses two key problems in current practice: the insufficient precision of conventional parameter estimation methods in granular soils, and the lack of a validated, structured approach for applying inverse analysis to field data. The resulting framework not only enhances model calibration but also contributes to the broader shift toward performance-based geotechnical design.