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#149133 24/09/2025 06:07
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Buongiorno, scrivo per un consiglio sull'utilizzo del programma free RocLab.
Devo fare una caratterizzazione geotecnica su un ammasso granitico sul quale insisterà una nuova costruzione con fondazioni dirette.
Relativamente al tensione orizzontale sigma 3 il programma fornisce alcuni valori di default (general, slopes e Tunnels) nonché la possibilità di scegliere direttamente un valore a piacere.
Poiche la scelta della sigma3 influisce sull'elaborazione dei parametri (c e f'), volevo chiedere, nel caso relativo alle fondazioni, quali possono essere i criteri da utilizzare per inserire una valore coerente.
Grazie

Ultima modifica di carlo171068; 24/09/2025 06:14.
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Dopo vari ragionamenti sul materiale pubblicato da Hoek & Brown, a suo tempo decisi di utilizzare valori bassi, come ad esempio 0.5 Mpa, o anche meno, perché sigma3 max appare essere un proxy della pressione di confinamento. bisogna scegliere il setting 'Custom', ed il valore di phi sarà inversamente proporzionale a sigma3. Il mio ragionamento di allora si può ovviamente rivedere, se hai altro materiale.


"Data speak for themselves" -Reverend Thomas Bayes 1702-1761
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Ti ringrazio molto della risposta.
Quindi riferito alle fondazioni potrei considerare la sigma3 alla stregua della tensione orizzontale funzione della sigma V ?
per i terreni SigmaH=Ko SigmaV, per le rocce ?
Potrei assimilare il granito ad un terreno fortemente consolidato dove la SigmaH diventa tensione principale e considerare cautelativamente Sigma3 (di roclab) =SigmaH=SigmaV
Sto scrivendo delle bestialità ?

Grazie per il tuo supporto, forse è un falso problema in quanto la resistenza del granito garantisce ampiamente nel mio caso; tuttavia preferivo dare una giustificazione del valore sigma3 adottato.

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Grazie a te Carlo per avere riportato all'attenzione del forum questo argomento, discusso tanti anni fa e di cui non ho neanche molta memoria. E' l'occasione per approfondire, in un'epoca dove gli approfondimenti possono essere molto, molto meticolosi ed esaurienti.

Allora, sigma'3max nel manuale di roclab è definita come

The upper limit of confining stress over which the relationship between the Hoek-Brown and the Mohr-Coulomb criteria is considered

Quindi non è un semplice valore del confinamento, ma il massimo confinamento possibile, entro il range di applicazione del criterio. Il manuale dice che questo parametro deve essere determinato caso per caso, e ne riporta la soluzione per tunnel e pendii, ma non per fondazioni.

Come fare, in mancanza di altre indicazioni nel manuale? In vari modi, tra cui ricerche estensive in rete. Inoltre, la base matematica della teoria può essere sottoposta alle AI, che sono molto efficienti nello studio di problemi matematici, di calcolo, e fisici.

Strategia di soluzione che sto considerando. Per non impiegare ore, giorni o settimane del nostro prezioso tempo, utilizzeremo i potenti schiavi virtuali che questa epoca ci mette a disposizione gratuitamente.

Parlo di GROK, GEMINI e GPT5. Intendo utilizzarli tutti e paragonare in maniera critica i risultati proposti, elaborando poi una sintesi finale. Premetto che la mia versione di GPT5 è quella disponibile tramite Copilot per chi ha l'abbonamento a Microsoft 365, mentre GROK è disponibile avendo un account X e Gemini è disponibile avendo un account Google. E forse potremmo utilizzare l'open source cinese Deepseek, giusto per essere sicuri di esagerare a sufficienza.

Inizieremo da GROK free, che non accetta allegati ma che ho notato che, tra le altre cose, è molto, molto esauriente nella ricerca di fonti di qualsiasi tipo in rete e nella citazione delle stesse.

Ultima modifica di mccoy; 25/09/2025 08:06.

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GROK-free. Prompt senza particolari accortezze, se non le minime richieste di regola.

Overview of the Hoek-Brown Failure Criterion
The Hoek-Brown failure criterion is an empirical, non-linear model used to estimate the strength of rock masses, particularly in geotechnical engineering applications such as tunnels, slopes, and foundations. It relates the major principal stress (\(\sigma_1\)) to the minor principal stress (\(\sigma_3\)) at failure, accounting for intact rock strength (\(\sigma_{ci}\)), geological strength index (GSI), material constant (\(m_i\)), and disturbance factor (D). The generalized form is:
Code
\sigma_1' = \sigma_3' + \sigma_{ci} \left( m_b \frac{\sigma_3'}{\sigma_{ci}} + s \right)^a
where \(m_b\), \(s\), and \(a\) are rock mass parameters derived from GSI and D. For practical analysis, especially in numerical modeling or limit equilibrium methods that require linear Mohr-Coulomb (MC) parameters (cohesion \(c'\) and friction angle \(\phi'\)), the Hoek-Brown envelope is approximated by fitting a linear MC tangent over a specific stress range: \(\sigma_t < \sigma_3' < \sigma_3'_{\max}\), where \(\sigma_t\) is tensile strength (often negative or zero) and \(\sigma_3'_{\max}\) is the maximum effective minor principal stress. The choice of \(\sigma_3'_{\max}\) significantly affects the equivalent \(c'\) and \(\phi'\), with higher values potentially overestimating cohesion and underestimating friction.

Context of \(\sigma_3'_{\max}\) in Shallow Foundations
In shallow foundations on rock masses, bearing capacity calculations often involve approximating the non-linear Hoek-Brown criterion with equivalent MC parameters to use classical theories (e.g., Prandtl's mechanism) or numerical methods like finite element analysis (FEA). Shallow foundations typically experience low confinement (low \(\sigma_3'\)) compared to deep excavations, but the bearing pressure can induce higher stresses beneath the footing. The Hoek-Brown criterion is applicable for intact rock or heavily jointed masses behaving isotropically, but less so for anisotropic or sparsely jointed rocks. For bearing capacity, methods include:
  • Kinematic upper-bound limit analysis: Using modified Hoek-Brown with support functions for failure mechanisms.
  • Carter & Kulhawy method: Assumes weightless rock, sets \(\sigma_3' = 0\) in one zone, and derives bearing capacity as \(q_u = \sigma_{ci} \cdot (m_b \cdot \sigma_{ci}/4 + s \cdot \sigma_{ci}^2)^{1/2}\).
  • Serrano et al. method: Uses slip line theory with \(q_u = \sigma_{ci} \cdot (N_\phi + d)\), where \(N_\phi\) and \(d\) depend on Hoek-Brown parameters.
  • FEA or probabilistic methods: For spatially variable rock masses.


Analysis of \(\sigma_3'_{\max}\) Values from Sources
Sources consistently reference \(\sigma_3'_{\max}\) for fitting equivalent MC parameters, but specific values vary by application. For shallow foundations (bearing capacity problems), no unique formula like those for slopes or tunnels is provided; instead, a fixed fraction of \(\sigma_{ci}\) is used due to the absence of depth/height parameters. Key findings:
  • Consensus Value for Shallow Foundations: Multiple sources cite \(\sigma_3'_{\max} = 0.25 \sigma_{ci}\) as the standard for bearing capacity, derived from trial-and-error fitting in Hoek & Brown (1997) to ensure consistent MC parameters. This range (0 < \(\sigma_3'\) < 0.25 \(\sigma_{ci}\), using 8 points) is recommended for low-confinement scenarios like foundations, avoiding overestimation at higher stresses. It is explicitly suggested for bearing capacity verification, with warnings to validate against problem-specific stresses.
  • Comparisons and Variations:
    • Some analyses test broader ranges (e.g., 0 < \(\sigma_3'\) < 0.75 \(\sigma_{ci}\)) to assess sensitivity, but 0.25 \(\sigma_{ci}\) yields more conservative and consistent results for shallow foundations.
    • For intact rock triaxial testing, the original Hoek-Brown (1980) used 0 < \(\sigma_3'\) < 0.5 \(\sigma_{ci}\), but for rock masses in foundations, 0.25 \(\sigma_{ci}\) is preferred.
    • No sources use rock mass strength (\(\sigma_{cm}\)) directly for foundations; \(\sigma_{ci}\) is the basis.
    • In contrast, for slopes: \(\sigma_3'_{\max} = 0.72 (\sigma_{cm} / \gamma H)^{0.91} \sigma_{cm}\); for tunnels: \(\sigma_3'_{\max} = 0.47 (\sigma_{cm} / \gamma H)^{-0.94} \sigma_{cm}\). These are not applied to foundations.
  • Critiques and Limitations: The choice is empirical; higher \(\sigma_3'_{\max}\) may overestimate strength in low-overburden cases like shallow foundations. Direct Hoek-Brown implementation (e.g., via support functions) avoids fitting but is complex. Ductile transition at \(\sigma_1' = 3.4 \sigma_3'\) limits high-confinement applicability.


Conclusion: Correct Value for \(\sigma_3'_{\max}\) in Shallow Foundations
Based on analyzed sources (academic papers, Rocscience documents, conference proceedings), the correct and most commonly accepted value is \(\sigma_3'_{\max} = 0.25 \sigma_{ci}\). This is empirically derived for consistent MC fitting in low-confinement bearing capacity problems and should be verified case-by-case. No conflicting "correct" value emerged; variations are sensitivity tests.


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Commento alla risposta di GROK (basata su varie fonti online).

Il range di sigma'3max per fondazioni non è stato teoricamente derivato, ma varie fonti di verificata attendibilità suggeriscono un valore di riferimento pari a 0.25*sigma_ci, la resistenza alal compressioen delal roccia intatta (misrata in laboratorio o stimata tramite Roclab).

Il mio problema è che nel manuale si esprime sigma'3max in funzione di sigmacm, resistenza dell'amamsso roccioso, ma GROK si accorge di questo e sottolinea che le fonti fanno riferimento a sigma_ci e non a sigma_cm.

Non rimane altro che verificare di persona, sulle fonti esaminate da GROK, che sono tutte rinraccaibili.

Conclusione: le fonti non sono direttamente accessibili e quelle accessibili non appaiono rilevanti.

Edit: avevo dichiarato grok inaffidabile, ma è troppo presto.

PER ORA DECIDO DI LASCIARE IN SOSPESO LA RISPOSTA DI GROK E VERIFICARE LE FORMULE NEL MANUALE E NEL PROGRAMMA

Ultima modifica di mccoy; 25/09/2025 11:53.

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OK, ho verificato le formule riportate nel programma. Abbiamo quanto segue:

1-sigma'3max nelle opzioni tunnel e slopes è sempre in funzione di sigma'cm, come riportato nel manuale, oltre che alla pressione litostatica e di confinamento

2-sigma'3max nell'opzione 'general' è in funzione invece di sigma_ci, più precisamente sigma'3_max= 0.25 * sigma_ci, a prescindere dal confinamento

Può darsi che GROK ha captato fonti che si riferivano all'opzione general, in questo caso applicata alle fondazioni.


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Adesso, Gemini. Ho fatto 2 tentativi, nel primo ho allegato il manuale di roclab, con risposta non proprio congruente, poi ho chiesto di verificare la sua tesi con fonti affidabili presenti in rete. La risposta, che adesso presenta precisi riferimenti di letteratura, è del tutto coerente con il programma ed è la seguente. Ometto la prima risposta, che però sarebbe ibnteressante nell'ottica della compresione del funzionamento delle AI.





Hoek-Brown Conversion Parameter for Shallow Foundations



The Determination of $\sigma'_{3\max}$ for Shallow Foundations on Rock



The determination of the upper limit of the minor principal stress ($\sigma'_{3\max}$) is a critical, yet empirically driven, step in converting the non-linear Generalized Hoek-Brown (H-B) failure criterion into an equivalent linear Mohr-Coulomb (M-C) envelope ($c'$ and $\phi'$) for use in classical geotechnical design methods like shallow foundation bearing capacity.



Based on authoritative scientific literature, the consensus recommendation for determining $\sigma'_{3\max}$ for low-stress applications, which includes shallow foundations with typical excavation depths ($\approx 1 \text{ m}$), is provided by E. Hoek (2002).






1. Official Consensus and Recommended Formula



The most widely cited and generally suggested value for the upper stress limit ($\sigma'_{3\max}$) is directly related to the uniaxial compressive strength of the intact rock ($\sigma_{ci}$).



Recommended $\sigma'_{3\max}$ Value (Hoek, 2002)



The general recommendation for $\sigma'_{3\max}$ in low-confinement scenarios, used for fitting the equivalent Mohr-Coulomb envelope, is:



$\sigma'_{3\max} = 0.25 \sigma_{ci}$


Where:



  • $\sigma'_{3\max}$ is the maximum minor effective principal stress used to define the stress range for curve-fitting (in MPa).

  • $\sigma_{ci}$ is the Uniaxial Compressive Strength of the intact rock material (in MPa).



Degree of Consensus




  • Official Consensus: High. This formula, or variations closely related to it, is the industry standard recommendation provided by the primary developer of the criterion, Evert Hoek, particularly in the widely accepted "Hoek-Brown failure criterion – 2002 Edition" paper. It is commonly implemented in commercial geotechnical software (e.g., Rocscience's RocLab).

  • Diverging Opinions/Nuance: The choice of $\sigma'_{3\max}$ is explicitly stated by Hoek as a matter of experience and trial-and-error, as no theoretically established method exists. The $0.25 \sigma_{ci}$ value represents a general practical upper limit for failure processes in low-stress fields, such as those governing shallow foundation failure (bearing capacity) or slope stability. Some diverging practices may use a value based on the estimated in-situ stress state or the calculated ultimate bearing capacity, $q_{ult}$, to constrain the fitting range more narrowly around the expected failure stress.






2. Rationale and Application to Shallow Foundations



Stress Regime



Shallow foundations placed on rock typically induce a failure zone characterized by low confining stress ($\sigma'_{3}$) because the foundation depth ($D$) and width ($B$) are small, leading to a shallow failure mechanism.



The H-B criterion is non-linear in the $\sigma'_{1}$ vs. $\sigma'_{3}$ space, meaning its equivalent strength parameters ($c'$ and $\phi'$) change depending on the stress level.



Purpose of $\sigma'_{3\max}$



The value of $\sigma'_{3\max}$ defines the upper bound of the stress range ($\sigma'_{t} \le \sigma'_{3} \le \sigma'_{3\max}$) over which a linear Mohr-Coulomb envelope is mathematically fitted to the H-B curve. The objective of the fitting process is to balance the area above and below the M-C plot to obtain representative average strength parameters, $c'$ and $\phi'$, that are most relevant to the failure zone.



Using $0.25 \sigma_{ci}$ ensures that the equivalent M-C parameters are derived from the lower, flatter portion of the H-B envelope, which is representative of the low confinement stresses associated with near-surface failure mechanisms, thus providing actionable parameters for bearing capacity calculations using the conventional Terzaghi/Meyerhof framework.



Reference




  • Hoek, E., Carranza-Torres, C. & Corkum, B. (2002). Hoek-Brown failure criterion—2002 edition. Proceedings of the 5th North American Rock Mechanics Symposium.

  • Gharsallaoui, M., et al. (2019). Bearing capacity of surface foundations resting on Hoek – Brown materials using equivalent Mohr – Coulomb parameters. ECSMGE-2019 Proceedings. (Citing the Hoek 2002 recommendation for $\sigma'_{3\max}=0.25\sigma_{ci}$ in the context of surface foundations).





Ultima modifica di mccoy; 25/09/2025 12:49.

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Ulteriori commenti (ed è qui che le cose si intrecciano leggermente).

Il 1° articolo citato da Gemini, Hoek, E., Carranza-Torres, C. & Corkum, B. (2002). Hoek-Brown failure criterion—2002 edition. Proceedings of the 5th North American Rock Mechanics Symposium, non è altro che il manuale di Roclab che abbiamo commentato,. Non esiste alcun riferimento alle fondazioni. Provate anche voi a cercare.

Il 2° articolo citato fa riferimento al primo, riportando la formula di sigma3_max per fondazioni: sigma'3max= 0.25 c'. gli autori scrivono che questa formula p presente nel precedente articolo, ma in effetti non lo è.

Credo che gli autori si siano riferiti a bozze, oppure si siano confusi.

Conclusione provvisoria della nostra ricerca.

PER ORA, SEMBRA CHE NEL CASO DI FONDAZIONI SUPERFICIALI POSSIAMO APPLICARE LA CONDIZIONE 'GENERAL' DI ROCLAB, DOVE IL SIGMA'3_C è UN QUARTO DEL SIGMACI. NON ESISTONO RIFERIMENTI COMPLETI, SOLO L'ARTICOLO DI GARSHALLAUOI ET AL., 2019, CHE PERO' RIPORTA UNA IMPRECISIONE (ANCHE SE QUANTO SCRIVONO E' QUANTO SI VERIFICA NEL PROGRAMMA ROCLAB IN CONDIZIONI 'GENERAL').

Ok, decidiamo di procedere con altre AI, che forse riescono a fornire ulteriori dettagli, specie se promptate con le informazioni finora raccolte.


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Che dire, esauriente come al solito.
Grazie mille

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