La valutazione delle pressioni interstiziali dell’aria nei terreni di copertura soggetti a carico di gas rappresenta una sfida complessa per gli ingegneri geotecnici, data la difficoltà di osservazione tra le diverse profondità di monitoraggio. Per affrontare questa problematica, è stato sviluppato un approccio numerico basato su una rete neurale inversa physics-informed (PINN), accoppiata acqua-aria, che si propone come strumento concettuale per il recupero di tali parametri e la quantificazione della riduzione degli sforzi efficaci.
Modellazione Accoppiata e Recupero dei Parametri Geotecnici
Il cuore della metodologia consiste in un modello costitutivo pre-calibrato, all’interno del quale tre profondità campionate numericamente forniscono i dati target per la pressione interstiziale dell’aria, la pressione interstiziale dell’acqua e la saturazione. Un campo di pressione dell’aria indipendente è impiegato per rappresentare le sovrappressioni, mentre i bilanci accoppiati agiscono come vincolo per lo stato congiunto del sistema bifase. Questo sistema numerico consente un’analisi dettagliata delle interazioni acqua-aria, fondamentali per comprendere il comportamento dei terreni di copertura.
Prestazioni e Validazione del Modello Numerico
L’efficacia del modello è stata valutata attraverso diversi benchmark. Su un benchmark unidimensionale a equazione singola, l’errore della pressione del gas sull’intera finestra di osservazione si è attestato a 0.0463. Un’analisi di ablazione, focalizzata solo sui dati, ha mostrato un errore di 0.0043, evidenziando come l’introduzione dei residui accoppiati migliori la precisione della pressione dell’acqua, della saturazione e la monotonicità del fronte.
Inoltre, prima del tempo di 495 secondi, corrispondente all’attraversamento dello sforzo zero alla base dell’iniezione di riferimento, l’errore sulla pressione del gas è risultato pari a 0.0448. Nelle celle con uno sforzo efficace di riferimento positivo, l’errore nella riduzione dello sforzo è stato di 0.0450. Successivi stati hanno consentito di testare la capacità di tracciamento numerico in condizioni di sovraccarico.
Nel caso di un modello planare, il sistema ha dimostrato di adattarsi a serie di training FLAC2D bidimensionali, utilizzando un residuo unidimensionale che omette il trasporto laterale. In questo scenario, l’errore di sovrappressione in eccesso alla profondità di risposta è stato di 0.186. Un test Line-M senza residui ha permesso di valutare l’interpolazione basata esclusivamente sull’architettura della rete, su 11 profondità non utilizzate per l’addestramento.
Analisi degli Sforzi Effettivi e Prospettive Future
L’elaborazione post-processo, tramite il modello di Bishop specifico per la configurazione, ha permesso di determinare tempi di inizio che variano da zero a sette minuti. È stata inoltre rilevata una dispersione minima dello sforzo del 43% su tre diverse forme di parametri per lo sforzo efficace. Questi campi numerici forniscono una base solida per una successiva interpretazione meccanica del comportamento del terreno.
È fondamentale sottolineare che, sebbene i risultati numerici siano promettenti, la validazione fisica di tale approccio richiederà misurazioni dirette degli stati interni dei terreni. Parallelamente, una valutazione completa della stabilità complessiva richiederà l’integrazione con un modello meccanico robusto. Questo sviluppo offre ai professionisti del settore geotecnico uno strumento avanzato per la comprensione e la previsione del comportamento dei terreni di copertura sotto carico di gas, aprendo nuove direzioni per la ricerca e le applicazioni pratiche.
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