Requisiti di qualità
delle indagini geotecniche di laboratorio
Francesco Silvestri
Dipartimento di Difesa del Suolo – Università della Calabria
Roberto Rippa
ILAG s.r.l. – Napoli
1.
PREMESSA
Questo contributo è stato redatto a quattro mani da un docente universitario ed un direttore di un laboratorio privato
esperto di applicazione di sistemi di qualità alle costruzioni civili, con l’intento di fondere le esperienze maturate da
entrambi nell’ambito di quella che oggigiorno rischia di apparire una folta giungla di normative e raccomandazioni
tecniche da ottemperare o da tener presente nell’ambito della sperimentazione di laboratorio ad uso del progettista
geotecnico.
Dopo una preliminare ‘mappa’ della normativa e delle raccomandazioni tecniche vigenti (§2), il testo si articola in
una illustrazione sintetica dei concetti di qualità e sistemi di qualità introdotti dalle norme ISO 9000 ed affini (§3), che
sono tra l’altro recepiti dalla più recente novità legislativa nazionale in merito di sperimentazione geotecnica:
l’introduzione della Concessione Ministeriale ai laboratori geotecnici (§4). Segue poi una sintesi dei principali indirizzi
tecnici fissati dall’Eurocode 7 - Parte 2 (§5), con alcune esemplificazioni di situazioni che evidenziano la necessità di
introdurre adeguate procedure standard nell’esecuzione e nell’interpretazione delle prove geotecniche di laboratorio
(§6).
2.
NORME E RACCOMANDAZIONI PER LE PROVE GEOTECNICHE DI LABORATORIO.
Le uniche norme cogenti (vincoli formali) attualmente in vigore per la legislazione nazionale in tema di progettazione
geotecnica sono contenute nel ben noto DM 11.III.88 (e succ. modifiche/integrazioni), "Norme tecniche riguardanti le
indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per
la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione."
In esso la sez. B, dedicata alle Indagini geotecniche, stabilisce vincoli morali puramente qualitativi nella
programmazione e l’esecuzione delle indagini stesse, sia in sito che in laboratorio. Queste prescrizioni, come del resto
l’intero decreto, non rappresentano affatto, deliberatamente, una guida tecnica per il progettista o consulente che vi
faccia riferimento.
Senz’altro di maggiore specificità e rigore sono le Pre-Norme europee facenti capo all’ EC7 - PT2 “Geotechnical
design assisted by testing: laboratory testing”, di cui si dirà diffusamente nel §5. Questo documento ha subito svariate
vicissitudini nell’ultimo decennio, legate essenzialmente alla difficoltà di individuare i confini tra le indicazioni da
fornire ai laboratori prove e quelle da indirizzare ai progettisti/consulenti geotecnici. L’EC7 sancisce infatti in maniera
inequivocabile, almeno sulla carta, che alla prima figura professionale spetta la funzione meramente esecutiva, ed alla
seconda non solo il compito di programmare le prove ma anche quello di interpretarne i risultati ai fini della
modellazione geotecnica del sottosuolo più idonea per il progetto.
Una prima versione di EC7- PT2 (novembre 1995) fissava in una prima sezione gli standard per gli ingegneri
geotecnici (con riferimento ad altri standard esistenti), ed in una seconda quelli per tecnici di laboratorio (limitati solo
ad alcune procedure fondamentali). Una seconda versione (luglio 1996) riportava in un ‘testo base’ indicazioni
generiche (senza riferimento a standard e procedure di prova esistenti) ed in appendice indicazioni specifiche riferite a
standard esecutivi esistenti, anch’essi di validità comunitaria. Nel contempo (maggio 1996), maturava una versione
analoga dell’EC7-PT3, dedicata alle prove in sito, con un testo base contente indicazioni sintetiche sulle procedure di
prova (non riferite a standard) ed un’appendice corredata di esempi applicativi. Nel 1997, fu annunciata la prospettiva di
unificare la seconda versione di EC7-PT2 con quella di EC7-PT3, aggregando il tutto a criteri standard di validità
comunitaria per la classificazione dei terreni, ed a un manuale di Raccomandazioni Tecniche dettagliate sulle procedure
standard nelle prove di laboratorio, che nel frattempo era stato prodotto dall’apposito Comitato Regionale (ETC5
Laboratory tests) dell’ISSMGE, di cui il primo degli scriventi era all’epoca delegato nazionale.
Non è ad oggi noto come e quando l’EC7–PT2/PT3 verrà adottato come norma cogente in Italia, fatto sta che nel
frattempo le “Recommendations of the ISSMGE for geotechnical laboratory testing” (ETC5, 1998) sono state
pubblicate in tre lingue (inglese, francese, tedesco), e l’AGI ne sta curando il trasferimento alla comunità geotecnica
nazionale, adottandole come riferimento principale per le imminenti “Raccomandazioni per le prove geotecniche di
laboratorio”, destinate ad aggiornare quelle pubblicate nel 1994.
Intanto, il 1999 ha visto pubblicare la circolare M.LL.PP. 16.XII.1999 n. 349/STC “Concessione ai laboratori per lo
svolgimento delle prove geotecniche sui terreni e sulle rocce ed il rilascio dei relativi certificati ufficiali.” in attuazione
del D.P.R. 21.IV.93 n. 246, art. 8, comma 6, che istituiva la disciplina del rilascio dell’autorizzazione del Ministero dei
LL.PP. ai laboratori ad eseguire ed a certificare prove su materiali. Di questa circolare si tratterà più diffusamente in
seguito.
3.
DEFINIZIONE DI QUALITÀ E SISTEMI DI QUALITÀ PER UN LABORATORIO PROVE.
“…il piacere soggettivo non era quello che Fedro intendeva per Qualità. La Qualità fa diminuire la soggettività. La
Qualità fa uscire da se stessi, rende consapevoli del mondo circostante. La Qualità è l’opposto della soggettività”.
Questa è la sofferta definizione di qualità che Fedro, il professore universitario affetto da schizofrenia protagonista del
romanzo Lo Zen e l’arte della manutenzione della motocicletta, giunge a concepire dopo numerose pagine di gestazione
nel bel libro di Pirsig.
E quella dei sacri testi tecnici? La recente epidemia di ‘norme volontarie’ nazionali ed internazionali (emesse da
organismi come ISO, CEI, UNI) che stabiliscono standard e procedure di qualità per imprese operanti a vario titolo
nell’edilizia, nell’industria e più in generale nei servizi, si ispira alla definizione di qualità come “L’insieme delle
proprietà e delle caratteristiche di un prodotto o di un servizio che conferiscono ad esso le capacità di soddisfare
esigenze espresse o implicite” (ISO 8402, 1994).
A titolo esemplificativo, ma non esaustivo, nel caso delle prove di laboratorio per esigenze espresse si intende il
rispetto di specifiche di prova e normativa di riferimento, mentre le esigenze implicite sono tutto ciò non espressamente
richiesto dal Committente, ma che contribuisce alla buona esecuzione delle prove ed alla corretta restituzione delle
stesse. In ogni caso il soddisfacimento delle esigenze ha due aspetti interconnessi, riguardando sia l’azienda
(mantenimento della qualità a costi ottimali) sia il Committente (risposta alle aspettative e conseguimento della fiducia).
In Italia, le Norme volontarie che definiscono il concetto di Qualità e le relative modalità generali di applicazione
alle imprese sono le “Norme di gestione della qualità e di assicurazione della qualità” (UNI EN ISO 9000-1 e le
successive norme applicative ISO 9001, 9002, etc.). Tali norme sono in fase di avanzata revisione ed è prevista la loro
sostituzione con le ISO 9001:2000, denominate correntemente “Vision 2000”.
La disciplina di Qualità dei laboratori di prova è regolata dalla UNI CEI EN ISO/IEC 17025:2000 “Requisiti
generali per la competenza dei laboratori di prova e di taratura” che ha sostituito dal novembre 2000 la UNI EN ISO
45001 “Criteri generali per il funzionamento dei laboratori di prova”.
Gli organismi che accreditano i laboratori operano secondo la UNI CEI EN 45003 (“Criteri generali per gli
organismi di accreditamento dei laboratori di prova e di taratura”).
La UNI CEI EN 45012 specifica invece i “Criteri generali per gli organismi di certificazione dei Sistemi Qualità”.
Il ‘Sistema Qualità’ (S.Q.) di un’azienda è definito dalla già citata ISO 8402:1994 come “La struttura
organizzativa, le responsabilità, le procedure, i procedimenti e le risorse messe in atto per la conduzione aziendale per
la qualità”. Per una generica azienda (incluso un laboratorio prove), il S.Q. viene progettato secondo una norma di
riferimento (per esempio, la ISO 9001) ed è descritto da una serie di documenti organizzati secondo una ‘struttura
piramidale’ così costituita:
• Manuale della Qualità
• Procedure gestionali
• Procedure ed istruzioni operative
• Rapporti di prova, documenti di registrazione Qualità, modulistica e registri attività.
In linea generale il Manuale della Qualità deve riprendere i punti applicabili della norma ISO di riferimento (20
punti nel caso della ISO 9001, meno nel caso delle ISO 9002 o 9003), rimandando a Procedure Gestionali ed Operative.
Tali procedure devono specificare i riferimenti, le responsabilità, le attività da svolgere per rispondere a quanto
specificato nel manuale stesso.
Pertanto un S.Q. documentato può prevedere, oltre al Manuale della Qualità, documenti di sempre maggiore
dettaglio e cioè un certo numero di Procedure Gestionali, di Procedure/Istruzioni a carattere più operativo, e tutta la
modulistica di accompagnamento definita “Documenti di Registrazione della Qualità”.
4. ACCREDITAMENTO, CERTIFICAZIONE, CONCESSIONE MINISTERIALE.
E’ bene cercare di fare un po’ di chiarezza tra vari termini (certificazione, accreditamento, concessione) a prima vista
con significati simili e, forse, ambigui.
L’accreditamento è definito come “Procedura mediante la quale un organismo che ne abbia l’autorità emette un
formale riconoscimento della competenza di una organizzazione o di una persona ad effettuare specifiche attività” .
La certificazione di conformità (di un prodotto, un sistema qualità, ecc) è definita come “Atto mediante il quale una
terza parte indipendente dichiara che, con ragionevole attendibilità, un determinato prodotto, processo o servizio è
conforme ad una specifica norma o ad altro riferimento normativo”.
Dunque la conformità alla norma di riferimento del Sistema Qualità istituito dall’azienda (impresa o anche
laboratorio), è certificata da una società indipendente, accreditata a tale scopo dalla UNI CEI EN 45012.
Per quanto riguarda l’accreditamento dei laboratori si fa riferimento alla citata UNI CEI EN ISO/IEC 17025, che
riprende tutti i concetti espressi dalla famiglia delle norme ISO 9000 (Assicurazione della Qualità), applicandoli per gli
aspetti più rilevanti, alle attività di un laboratorio di prova. Tale norma specifica sia i requisiti gestionali (derivanti dalle
ISO 9000) che i requisiti di competenza tecnica, opportunamente accoppiando formalmente due aspetti che sono di fatto
strettamente connessi.
L’istituzione di un Sistema di Qualità, conforme alla UNI EN ISO 17025, costituendo un indice della competenza
tecnica e gestionale del laboratorio, è richiesto per pervenire all’accreditamento del laboratorio per una determinata
prova: l’accreditamento costituisce dunque la garanzia di imparzialità e di competenza tecnica del laboratorio
esclusivamente per le prove per le quali lo stesso è accreditato.
I requisiti fondamentali di un laboratorio che opera secondo la UNI EN ISO 17025 sono schematicamente suddivisi
in Requisiti Gestionali e Requisiti Tecnici.
I primi riguardano i seguenti aspetti:
• Organizzazione;
• Sistema Qualità;
• Controllo della documentazione;
• Riesame delle offerte e dei contratti;
• Subappalto di prove e tarature;
• Approvvigionamento di servizi e forniture;
• Servizi al cliente;
• Gestione dei reclami;
• Controllo delle attività di prova non conformi;
• Azioni correttive e preventive;
• Controllo delle registrazioni della qualità;
• Verifiche ispettive interne;
• Riesami da parte della Direzione.
I Requisiti Tecnici trattano di:
• Adeguata competenza ed esperienza del Direttore e del personale;
• Indipendenza ed imparzialità del laboratorio
• Adeguatezza dei luoghi di lavoro;
• Metodi e procedure di prova, adeguati e riconosciuti, e loro validazione;
• Utilizzo di apparecchiature, impianti ed ambienti idonei all’effettuazione delle prove previste, e loro piano
di manutenzione;
• Riferibilità delle misure, piani di taratura1 degli strumenti di misura, e valutazione dell’incertezza2);
• Piani di campionamento;
• Identificazione, manipolazione e trattamento dei campioni da provare;
• Presentazione dei risultati.
Alcuni di questi punti vengono richiamati anche dalle norme ISO 9000 (ad es. p.to 4.11 della ISO 9001-2-3
“Controllo delle apparecchiature per prova, misurazione e collaudo”), che però dà indicazioni di carattere generale,
rivolgendosi ad aziende di qualsiasi settore merceologico.
1
La taratura viene definita, dalla UNI EN 30012/1:1993 come “insieme delle operazioni che stabiliscono, sotto condizioni specificate, la relazione
tra i valori indicati da uno strumento di misurazione, o di un sistema di misurazione, o i valori rappresentati da un campione materiale, e i
corrispondenti valori noti di un misurando”.
2
L’incertezza viene definita, dalla UNI 4546, come “Intorno limitato di un parametro, corrispondente agli elementi della fascia di valore
assegnatogli come misura”. Una definizione più comprensibile è data dalla UNI CEI U 37.00.001.0: “Stima caratterizzante il campo di valori entro
cui cade il valore vero del misurando”.
Si osservi che un laboratorio accreditato è cosa ben diversa dall’azienda certificata. Il laboratorio accreditato deve
garantire sia il rispetto del Sistema di Qualità messo in atto, sia la correttezza tecnica delle singole operazioni di prova.
Per questo il rilascio dell’accreditamento ad un laboratorio, e l’apposizione del marchio dell’organismo di
accreditamento sui rapporti di prova, è limitato alle singole prove per le quali l’accreditamento viene concesso. Per
verificare la reale competenza tecnica del laboratorio gli ispettori dell’Ente accreditante hanno facoltà di entrare nel
merito tecnico ed operativo delle prove.
In ogni caso, lo stesso laboratorio può richiedere la certificazione del suo Sistema di Qualità, che sia conforme alla
UNI EN ISO 9002, che costituisce un primo passo per un eventuale accreditamento.
E’ bene sottolineare che i laboratori certificati ISO 9002 (la norma di riferimento del caso) non possono emettere
rapporti di prova e di misura con il marchio dell’organismo di certificazione, perché in tal modo si tratterebbe di una
certificazione di prodotto (come ad esempio il marchio IMQ per componenti elettrici) per la quale solo gli organismi
accreditati sono abilitati a rilasciare le relative certificazioni. Inoltre le certificazioni ISO 9001 o 9002 non dimostrano
da sé la competenza del laboratorio a produrre dati e risultati tecnicamente validi.
Nella ISO/IEC 17025 è stabilito esplicitamente che i laboratori di prova che operano in conformità a detta norma
rispondono anche alle norme ISO 9001, da cui discende la valenza decisamente più rilevante, per un laboratorio, di
operare secondo la ISO 17025 in luogo delle ISO 9000.
In definitiva, l’accreditamento di un laboratorio secondo la UNI CEI EN ISO/IEC 17025 è certamente più oneroso
della certificazione di qualità di una generica azienda secondo le ISO 9000, norme che non assicurano, in via diretta, la
“bontà” del prodotto o servizio fornito. Dunque una corretta gestione dell’azienda “in Qualità” è condizione necessaria,
ma non sufficiente, per una buona gestione dei processi operativi e produttivi che influiscono sulla qualità del prodotto
finale.
Può illustrare meglio il discorso la Fig. 1, che riassume la struttura del Sistema Qualità Italia, costituito da
organismi di diritto privato (SINCERT, SINAL, SNT).
Il SINCERT (“Sistema Nazionale Accreditamento Organismi di Certificazione”) accredita le società di
certificazione (p. es. DNV, RINA, ICMQ) ai sensi delle UNI CEI EN 45012; queste ultime certificano le imprese ai
sensi delle UNI 9000, 14000, etc..
Il SINAL (Sistema Nazionale per l’Accreditamento dei Laboratori) accredita invece i laboratori di prova ai sensi
dell’apposita UNI CEI EN ISO/IEC 17025, e ne sorveglia il funzionamento tramite verifiche tecniche ed organizzative
periodiche.
Il SNT (Sistema Nazionale di Taratura)3 infine accredita i centri di taratura SIT (Servizio di Taratura in Italia) ai
sensi della UNI CEI EN 45003.
Riepilogando, mentre la generica azienda di produzione (p.es. un’impresa di costruzioni o un’industria) deve farsi
certificare da una società appositamente accreditata dal SINCERT, il laboratorio (o il centro di taratura), se accreditato
dall’apposito organismo (SINAL o SNT), è in grado di certificare in autonomia.
Un discorso a parte merita la concessione dell’autorizzazione all’esecuzione e certificazione di prove geotecniche
che, come accennato, è disciplinata dalla recente circolare M.LL.PP. 16.XII.1999 N.349/STC (consultabile alla pagina
web del Ministero: www.llpp.it) in attuazione del D.P.R. 21.IV.93 n. 246, art. 8, comma 6 “Concessione ai laboratori
per lo svolgimento delle prove geotecniche sui terreni e sulle rocce ed il rilascio dei relativi certificati ufficiali.” che
recepisce la direttiva 89/106/CEE sui materiali da costruzione. La concessione (triennale) può richiedersi al Servizio
Tecnico Centrale (STC) del M.LL.PP. per uno o più tra i settori:
1) Prove geotecniche di laboratorio sulle terre
2) Prove geotecniche di laboratorio sulle rocce
3) Prove in situ
e va rinnovata con periodicità triennale, sempre da parte del STC, che cura anche istruttoria e controlli.
La Circolare (il cui indice è allegato in Appendice) è rivolta indifferentemente a laboratori gestiti da individui,
società o enti pubblici; si noti che i laboratori dei centri di ricerca pubblici (p. es. Università e CNR) non vengono
differenziati da quelli privati, nemmeno per quanto riguarda competenze di risorse umane e requisiti minimi di
attrezzature tecniche. Sono previsti numerosi requisiti tecnico-organizzativi specifici (dettagliati nella II Parte della
Circolare), in termini di:
• competenze del Direttore (che deve essere ‘laureato in discipline tecniche’, e ‘deve conoscere i principi di
geotecnica’ - ma come accertarlo?) e del personale di laboratorio (a regime minimo 3 unità, con titolo di studio
minimo di diploma universitario o di istituto tecnico)
• superficie locali (per un laboratorio terre minimo 200 m2) e rispetto norme sicurezza (ai sensi del
D.L. 626/94 e succ. mod.)
• tipologie di prove certificabili e attrezzature minime richieste.
3
La sigla SNT viene spesso associata con SIT, ma si osservi che i centri SIT non sono altro che i centri di taratura accreditati dal SNT (costituito da
enti ed istituti metrologici primari, quali il Colonnetti, il Galileo Ferraris, l’ENEA e il SIT - Sistema di Taratura in Italia).
Per il rilascio della concessione il M.LL.PP. richiede, tra l’altro, l’istituzione di:
• un Sistema di Qualità (inaspettatamente riferito alle ISO 9000 e non alle apposite 17025!)
• prescrizioni riguardanti taratura e manutenzione attrezzature
• la figura del “Garante esterno” (che interviene qualora, nel capitale sociale del laboratorio, siano presenti
soggetti coinvolti, a vario titolo, nella progettazione ed esecuzione di opere di ingegneria).
Anche costui deve essere laureato in discipline tecniche, ed oltre a garantire la non incompatibilità delle attività dei
titolari del laboratorio, deve assicurare il rispetto della disciplina di Qualità, il cui Manuale va depositato al STC e deve
contenere documentazione su:
•
•
•
procedure sperimentali
certificati di prova
manipolazioni dei campioni.
La Circolare invoca infine il rispetto, nell’esecuzione delle prove, delle raccomandazioni tecniche di AGI, CNR, ISRM,
e per quelle prove per cui non sussistano gli idonei riferimenti nazionali o sovranazionali, degli Standard britannici (BS)
o statunitensi (ASTM). Il riferimento tecnico adottato va esplicitamente citato nell’emissione dell’elaborato (anzi,
certificato!) di prova.
5. SCOPO E CONTENUTI DELL’EC7 - PARTE 2.
Il testo completo dell’EuroCodice 7 – Parte 2 “Geotechnical design assisted by testing: laboratory testing” è costituito
dai seguenti capitoli:
1. Scopo
2. Riferimenti normativi
3. Definizioni, simboli, abbreviazioni
4. Requisiti essenziali per tutte le prove di laboratorio
5. Taratura degli strumenti
6. Preparazione dei provini
7. Classifica, identificazione e descrizione dei terreni
8. Prove chimiche su terreni e acqua di porosità
9. Prove di compressibilità su terreni
10. Prove indici di resistenza dei terreni
11. Prove di resistenza dei terreni
12. Prove di costipamento dei terreni
13. Prove di permeabilità dei terreni
14. Preparazione campioni di roccia
15. Prove di classificazione delle rocce
16. Prove di rigonfiamento di rocce
17. Prove di resistenza di rocce
A1.÷A18. Appendici
Il testo base fornisce, per le più comuni prove di laboratorio, gli scopi e i requisiti essenziali per:
a) l’attrezzatura e la procedura di esecuzione;
b) il programma sperimentale;
c) l’interpretazione e la presentazione dei risultati;
d) l’uso progettuale dei dati sperimentali.
Nell’Appendice vengono invece riportate regole applicative su:
a) principi della misura;
b) procedure sperimentali;
c) numero minimo di prove;
d) quantità minime di materiale;
e) tarature e controlli delle apparecchiature.
Nel Cap. 1 (Scopo) viene specificato che l’intero documento è rivolto al responsabile del progetto geotecnico e ne
vengono enunciate le principali limitazioni.
Le indicazioni fornite riguardano essenzialmente i progetti di Categoria Geotecnica 2. Si ribadisce una peculiarità
terminologica dell’intero EuroCodice geotecnico, cioè che i requisiti per l’interpretazione delle misure fanno riferimento
al concetto di valore derivato e non al valore caratteristico dei parametri del terreno. Come si vede, il documento
include tutte le prove di uso più comune, e deliberatamente esclude (per il momento?) le prove su terreni non saturi. Al
momento non sono inoltre trattati argomenti in verità piuttosto cruciali per il progetto, come la determinazione, da prove
di routine o avanzate, dei parametri di deformabilità.
Nel Cap. 4 (Requisiti essenziali per le prove di laboratorio) vengono tratteggiate le caratteristiche ideali di un
programma sperimentale, che deve riflettere la debita integrazione tra progetto geotecnico, prove in sito e prove
laboratorio. In fase di pianificazione del programma sperimentale, tutti i campioni devono essere visionati, ed esaminati
con prove indice semplici (p. es. penetrometri e scissometri tascabili) per consentire la costruzione di un profilo
geotecnico preliminare, in base a cui programmare le prove. Ogni strato di rilievo per il profilo deve essere
caratterizzato da un numero sufficiente di campioni rappresentativi, ed il numero di prove da eseguire deve essere
previsto equilibrando la necessaria affidabilità dell’informazione con gli oneri economici. Si raccomanda poi di
considerare ogni programma sperimentale suscettibile di aggiornamenti qualitativi e quantitativi in tempo reale.
Sempre nel Cap.4 viene ricordato che la classe di qualità dei campioni, definita in relazione all’invariabilità delle
caratteristiche da determinare, è associabile alla tecnica di prelievo secondo quanto specificato nell’EC7-PT3. Sempre a
proposito dei campioni, viene raccomandato di ridurre al minimo tempi di trasporto e conservazione e di portare in
conto gli inevitabili effetti del disturbo nella programmazione e nell’interpretazione delle prove.
Le prove vanno svolte secondo procedure esecutive conformi ai requisiti generali forniti da EC7-Pt2, specificando
nel dettaglio le procedure di interpretazione per l’ottenimento dei parametri di progetto. Vanno eseguiti controlli di
accuratezza mediante test comparativi e confronto con esperienze analoghe; è altresì prescritto di controllare
l’affidabilità e la taratura delle apparecchiature. Metodi, procedure e risultati vanno documentati con gli eventuali
riferimenti agli standard o a regole alternative (se conformi ai requisiti essenziali).
In sede di valutazione dei risultati sperimentali, i valori derivati vanno determinati valutando complessivamente le
prove di laboratorio e in sito, con il contributo dell’esperienza di riferimento, di confronti e correlazioni.
Le norme vanno prese con le molle per i terreni non tipici, per i quali il contributo dell’esperienza locale è decisivo.
Si invita a porre particolare attenzione alle eterogeneità locali di terreni scadenti (p. es. lenti torbose), che valutazioni
statistiche possono non apprezzare affatto. Si consiglia inoltre di ricorrere a più metodi di interpretazione nei casi
ambigui. Si danno disposizioni ovviamente anche in merito di certificazione e controllo di qualità, sottolineando
l’importanza di garanzie di qualità sia per il laboratorio che per lo studio di ingegneria.
6.
SULLA NECESSITÀ DI STANDARDIZZARE: ALCUNI ESEMPI
Una importante tessera del puzzle legislativo è il ruolo della standardizzazione nel processo normatore. Gli standard
nazionali, dettati dagli appositi enti (p.es. BS, ASTM, CNR-UNI in Italia) o dalle società tecniche nazionali (nel nostro
caso, proprio l’AGI) mirano ad uniformare procedure di prova (sempre) e criteri di interpretazione (spesso) nell’ambito
di una Comunità ‘tecnicamente omogenea’. Però, come dimostra l’intensa attività in corso a livello europeo, ridurre la
soggettività nelle procedure esecutive ed interpretazione è ora una necessità da estendere su scala internazionale, ed in
tempi di globalizzazione imperversante non è pensabile di sottrarvisi proprio nel campo della sperimentazione tecnica,
dove l’oggettività metodologica è un requisito indispensabile per l’accrescimento dell’esperienza comune.
Si vogliono ora illustrare alcuni interessanti esempi, riferiti a specifici argomenti o singole prove, che testimoniano la
necessità di standardizzare metodi di esecuzione ed interpretazione.
6.1 Indicazioni metrologiche.
Alcuni documenti (ETC5, UNI 4546, EC7) opportunamente allegano indicazioni metrologiche per ridurre l’ambiguità di
alcune espressioni. Ad esempio, nel linguaggio comune spesso i termini ‘accuratezza’ e ‘precisione’ vengono confusi, o
usati come sinonimi per indicare, genericamente, l’esattezza della misura. In metrologia:
•
•
accuratezza = approssimazione di una misura al valore vero della grandezza misurata (sinonimo di correttezza)
precisione = approssimazione di ogni singola misurazione al valore medio di una serie completa di misure
(sinonimo di ripetibilità)4
I due termini hanno quindi significati con chiari connotati statistici: l’accuratezza fa riferimento all’attendibilità del
valore medio di un campione di misure di una grandezza, la ripetibilità invece esprime l’entità della dispersione,
quantificata dalla varianza statistica della misura. Un esempio grafico di diversi gradi di accuratezza e ripetibilità è
riportato in Fig. 2.
4
Il termine “precisione” ha in realtà un significato più generale di “ripetibilità”, perché risulta dalla combinazione complessiva di vari fattori di
incertezza, quali la stessa ripetibilità della misura, ma anche l’isteresi e la non linearità degli strumenti, etc.
Si ricordi inoltre che, sempre dalla teoria della misura, l’errore casuale (l’incertezza) su una grandezza derivata dalla
misura di altre scaturisce dalla combinazione degli errori commessi misurando le singole grandezze. Tale problematica è
razionalizzata mediante la cosiddetta “legge di propagazione dell’incertezza”.
In generale, se una grandezza y è esprimibile in funzione di n grandezze misurate (x1, x2, …, xn) nella forma:
y = y( x1, x 2 ,..., x n )
(1)
il suo errore ey è funzione dei singoli errori (e1, e2, …, en):
 ∂y 

e y = 
 ∂x1 
2

2

1 + .... + 
e
∂y
∂
 xn



2
2
en
(2)
Esemplificando, l’errore su una ‘rigidezza equivalente’, intesa come rapporto tensione/deformazione :
S=
σ
ε
(3)
risulta dalla composizione di errori sulle singole misure di tensione e deformazione:
 ∂S 
eS =  
 ∂σ 
2
2
 ∂S 
 
2
2
σ  eσ

 σ
eσ +  ∂ε  eε = ε
2

e
 +  ε

 ε



2
(4)
che a loro volta dipendono da misure di forza e spostamento, combinate con caratteristiche geometriche dei provini,
anch’esse soggette ad errore (Silvestri, 1999). Si potrebbe arrivare ad argomentare che, addirittura, ‘uccide più un
calibro che un LVDT’, ma qui si vuole solo ricordare che bisogna curare uniformemente l’accuratezza di ogni grandezza
misurata.
6.2. Classifica, identificazione e descrizione dei terreni
Nel Cap. 7 di EC7-Pt2, vengono trattate numerose prove di identificazione, riassunte in Tab. I in uno con i rispettivi
standard di riferimento.
Prova
Contenuto naturale d’acqua
Peso dell’unità di volume
Peso specifico del solido
Analisi granulometrica
Limiti di Atterberg
Indici di densità per terreni granulari
Prove di dispersività
Suscettibilità al congelamento
Standard di riferimento
ETC 5
vari
?
?
Tab. I. Prove di identificazione trattate da EC7-Pt2.
Per ciascuna prova, il numero di provini da analizzare è funzione del tipo di prova e dell’esperienza confrontabile in
merito.
In merito ai criteri di classificazione dei terreni, EC7-Pt2 prescrive di ricorrere agli standard nazionali finchè non
venga varato quello europeo, mentre per l’identificazione e la descrizione EC7-Pt2 opportunamente segnala l’assenza di
qualsiasi standard riconosciuto, sia in campo europeo che internazionale. Esistono invece alcune tradizioni non
codificate, come gli elementi essenziali per la descrizione di un terreno adottati da numerosi studiosi e tecnici della
scuola di Cambridge:
• Condizioni di umidità
• Colore
• Consistenza (terreni coesivi), compattezza (terreni incoerenti)
• Struttura (giaciture, fratture, tessitura, tracce di scorrimenti)
•
•
•
•
Tipo di terreno (riconoscimento della granulometria)
Altre peculiarità (tracce di sostanze organiche, inclusi lapidei)
Origine (necessità di interpretazione)
Condizioni di falda (necessità di osservazioni in sito)
In questo settore di prove, si può anche soffrire del problema opposto all’assenza di standard, cioè la sovrabbondanza.
Un esempio significativo è la misura del limite di liquidità, wL, che viene effettuata con due procedure (Fig. 3):
• una fa riferimento all’affondamento di una punta penetrometrica a cono (procedure British Standards e Swedish
Geotechnical Institute caratterizzate da coni con geometrie e pesi diversi);
• l’altra fa riferimento al collasso di un volume di terreno contenuto nel cosiddetto cucchiaio (o coppetta) di
Casagrande (procedura ASTM).
In Europa la procedura con il penetrometro è diffusa in tutti i Paesi settentrionali (Isole Britanniche e Scandinavia),
mentre lo standard ASTM è tradizionalmente adottato in Germania, Italia ed in tutte le altre nazioni mediterranee.
In sede di ETC5, dopo interminabili discussioni (dai toni a volte anche molto accesi!), è stata presa la sofferta
decisione di menzionare l’esistenza e la diffusione geografica dei due metodi, ma di documentare la procedura standard
solo per il metodo della punta conica, scoraggiando in tal modo il ricorso all’altro. E’ stata preferita la punta conica
perché è una prova statica, caratterizzata da un’interpretazione più razionale, e da misure più ripetibili (precise) ed
eseguite con apparecchiatura più semplice ed affidabile.
E’ stato in proposito effettuato dall’ETC5 un apposito studio mirato al confronto dei valori di wL misurati con
entrambe le procedure, studio che ha permesso tra l’altro di verificare che lo standard ASTM sovrastima wL per terreni
di plasticità elevata (Fig. 4).
6.3. Misura delle caratteristiche fisiche generali
Le misure delle proprietà fisiche (rapporti tra pesi e/o volumi delle fasi) necessarie per caratterizzare lo stato naturale di
un terreno si eseguono su campioni almeno a disturbo limitato o nullo, corrispondenti, secondo la classificazione AGI,
alle classi Q3 (per il contenuto d’acqua, w) o Q4 (per il peso dell’unità di volume, γ), che EC7 riunisce nell’unica Classe
B.
Si rammenti che alcune di queste grandezze (per esempio il contenuto d’acqua, il peso specifico ed i pesi dell’unità
di volume) si ricavano per via diretta dalle misure sperimentali, altre vengono invece dedotte in funzione di alcune di
quelle misurate direttamente. Per esempio, l’indice dei vuoti (e) è funzione di due grandezze: peso specifico dei grani
(γS) e peso secco dell’unità di volume (γd); il grado di saturazione addirittura di tre (w, e, γS), tramite l’espressione:
S=
w γs
e γw
(5)
Nella pratica, si verifica sovente che errori sulle proprietà calcolate a partire da grandezze misurate “direttamente”
possono condurre alla ‘correzione forzata’ di alcuni risultati restituiti dal laboratorio. Ad esempio, se il grado di
saturazione risulta S>1 e il campione è palesemente saturo, il laboratorio (ipotizzando più accurata delle altre la misura
di γs) può optare per diverse scelte:
a)
ritenere più affidabile il valore misurato di e (derivato a sua volta da γd e γs) e ‘forzare’ i valori di S e w,
assumendo S = 1 e
w=e
γw
γs
(6)
b) ritenere più affidabile il valore misurato di w (derivante da sole misure di pesi) e ‘forzare’ i valori di S ed e,
assumendo S = 1 e:
e=w
c)
γs
γw
(7)
lasciare tutto come è, limitandosi a segnalare l’anomalia.
Quest’ultima scelta è, paradossalmente, quella più conforme allo spirito delle UNI CEN EN 45001, in aderenza ai
requisiti di imparzialità del laboratorio e rintracciabilità della misura.
6.4. Prove di compressibilità dei terreni
A fronte della massima semplicità (e quindi affidabilità) esecutiva, l’attendibilità dell’interpretazione di una prova
edometrica, secondo quanto riportato nel Cap. 9 di EC7-Pt2, è variabile in funzione del tipo di parametro in questione,
come illustra la Tab. II.
Vi sono tuttavia alcuni nodi da sciogliere sul fronte dell’interpretazione, che hanno provocato anche non pochi
motivi di discussione in sede ETC5:
• livello di completezza minimo del rapporto di prova
• separazione ruoli di laboratorio e progettista in merito all’interpretazione
• non-oggettività dei criteri di interpretazione convenzionali
Parametro
coeff. consolidazione primaria, cv
coeff. consolidazione secondaria, cα
modulo edometrico, Eed
(1)
tensione di apparente sovraconsolidazione, p’c
indice di ricompressione, Cr
indice di compressibilità, Cc
indice di rigonfiamento, Cs
affidabilità (suggerimenti)
limitata
(applicare più metodi)
sufficiente
(limitare campo tensioni)
affetti da disturbo campione
(accorgimenti preventivi)(1)
elevata
elevata
considerare la possibilità di eseguire prove CRS oppure effettuare cicli di scarico-ricarico iniziali, o ridurre ampiezza gradini
di carico intorno a p’c.
Tab. II. Grado di affidabilità di vari parametri ottenibili da una prova edometrica.
Ad esempio, non tutti concordano che l’indice dei vuoti al termine di ciascun incremento di carico vada determinato
dopo le tradizionali 24h, perché, secondo alcuni, la determinazione dei parametri di compressibilità (moduli e indici) più
significativa ai fini del calcolo dei cedimenti di consolidazione è quella corrispondente alle deformazioni misurate al
termine del fenomeno primario. L’influenza del criterio di elaborazione dei dati sulla curva di compressibilità è illustrata
dall’esempio in Fig. 5, relativo ad un terreno sabbio-limoso con cedimenti secondari non trascurabili.
6.5 Prove indici di resistenza dei terreni
Obiettivo di queste prove, cui è dedicato l’intero Cap. 10 di EC7-Pt2, è determinare in maniera rapida e semplice (ma
approssimata) la resistenza non drenata (cu) di terreni fini. Esistono, a tal fine, svariate tecniche sperimentali; EC7
fornisce indicazioni su:
a.
b.
c.
d.
e.
scissometro da laboratorio (tor-vane)
penetrometro tascabile (pocket penetrometer)
punta conica a caduta (fall-cone)
prova di compressione non confinata
prova triassiale non consolidata non drenata
In EC7 si osserva che le prove a-b, cioè quelle effettuate tor-vane ed il pocket, hanno affidabilità molto limitata, con
risultati tendenzialmente affetti dalla manualità dell’operatore.
La prova c (fall-cone test, Fig. 6) è particolarmente usata nei Paesi Scandinavi, ricchi di argille tenere e sensitive, ma
viene proposta da ETC5 come standard europeo. E’ vantaggiosamente e rapidamente eseguita con la stessa
apparecchiatura a punta conica per la misura del limite di liquidità.
Le prove d-e (prove UU) sono più familiari ai laboratori italiani, e dalle raccomandazioni AGI (1994) sono state
omologate alle altre prove di resistenza in cella triassiale, mentre l’EC7 le declassa a prove indici, non affidabili quindi
in prospettiva di progetto.
6.6. Prove di resistenza dei terreni
Il Cap. 11 dell’EC7–Pt2 fornisce svariate indicazioni strategiche sulla programmazione e l’interpretazione delle prove
(triassiali e taglio diretto) finalizzate alla misura della resistenza a rottura dei terreni.
In primo luogo, viene affermato che le prove di taglio diretto (piano o anulare) vanno preferibilmente eseguite su
terreni e per problemi in cui si verifica almeno una tra queste condizioni:
•
•
•
ci si attende un fenomeno di rottura con caratteristiche geometriche ben definite,
occorre caratterizzare il comportamento di un’interfaccia terreno-manufatto,
occorre determinare la resistenza residua (dopo scorrimenti elevati)
A proposito delle prove triassiali (EC7 considera, come accennato, affidabili per il progetto solo quelle consolidate),
notevole spazio viene dato all’importanza della completezza del rapporto di prova, che deve includere (ove misurabili):
• i percorsi di tensioni effettive (q : p’)
• le curve tensione-deformazione (q : εa)
• le curve variazione di volume-deformazione (εv : εa), per le prove CID
• le curve pressione neutra-deformazione (∆u : εa), nonché le curve coefficiente di pressione neutra deformazione (A : εa), per le prove CIU
La classica rappresentazione delle condizioni di rottura (con cerchi ed inviluppo di rottura nel piano σ′-τ) può, secondo
EC7, essere restituita in aggiunta ai percorsi di tensioni effettive nel piano p’:q, ma non va considerata sostitutiva di
questi. Sia nel piano di Mohr, che in quello degli invarianti, l’interpretazione dei risultati con relazioni lineari può
fornire indicazioni erronee sui parametri di resistenza specialmente a basse tensioni, perché l’inviluppo di rottura non è
in genere rettilineo. Si suggerisce quindi di indicare nel rapporto di prova il campo tensionale in cui i parametri di
resistenza in tensioni effettive sono stati determinati.
Permangono quindi alcuni nodi da sciogliere, in merito alla completezza minima richiesta al rapporto di prova, il che
rinvia al problema della separazione dei ruoli di laboratorio e progettista in merito all’interpretazione delle prove stesse.
In linea con il principio applicato nelle ‘Raccomandazioni europee’ dell’ETC5, il rapporto di prova non dovrebbe
contenere interpretazioni basate sull’assunzione di un particolare modello costitutivo. E pertanto, mentre i percorsi
tensionali devono farne parte, i parametri di Mohr sono considerati alla stregua di indicazioni opzionali.
Tra l’altro, è ben noto che i parametri di resistenza possono essere dedotti sia nel piano τ:σ’ (Fig. 7b), che in quello
degli invarianti q:p’ (Fig. 8a), che dalle curve normalizzate q/p’:εa (Fig. 8b). Quest’ultima possibilità permette tra l’altro
con maggiore facilità di scartare una prova non attendibile, determinando i parametri di resistenza al taglio con
maggiore obiettività, come mostra l’esempio in Fig. 8.
6.
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
Sul fronte delle Norme nazionali (cioè della legislazione cogente) esiste purtroppo un notevole divario tra la ‘vaghezza’
della normativa tecnica vigente (es. 11.III. 1988) e la specificità, a volte elevata, di quella ‘in fieri’ (es. EC7).
L’entrata in vigore del sistema di Concessione Ministeriale ai laboratori (se la verifica dei requisiti fissati sarà
veramente rigorosa) potrebbe comportare una notevole ‘selezione’ sul mercato, penalizzando i laboratori di limitato
sviluppo, e costringendo all’adozione dei sistemi di qualità ISO (quali: 9000 o 17025?).
Sul fronte della pre-norma EC7-Pt2 e delle raccomandazioni tecniche europee ETC5, appare oramai chiaramente
tracciato il confine di responsabilità tra laboratorio, cioè il soggetto esecutore, e progettista, vale a dire il soggetto
interprete delle prove di laboratorio.
Chi scrive auspica che nella nostra comunità nazionale non si perpetui l’annosa confusione tra i ruoli, e che la
necessità di adeguarci a standard non consueti (per esempio mettere in un cassetto il cucchiaio di Casagrande, o
documentare in rapporto di prova i percorsi delle tensioni effettive) non venga rigettata da questo Paese sempre un po’
troppo conservatore.
7.
BIBLIOGRAFIA
A.G.I. 1994. Raccomandazioni sulle prove geotecniche di laboratorio. SGE, Padova pp.96.
D.P.R. 21.IV.93 n. 246, art. 8, comma 6 e CIRCOLARE M.LL.PP. 16.XII.1999 n. 349/STC “Concessione ai laboratori per lo svolgimento delle
prove geotecniche sui terreni e sulle rocce ed il rilascio dei relativi certificati ufficiali.”
EC7 - PT2 1997. Geotechnical design assisted by testing: laboratory testing European Committee of Standardisation, CEN/TC 250/SC7/PT 2 N166.
ETC5 – ISSMGE 1998. Recommendations of the ISSMGE for geotechnical laboratory testing. Beuth Verlag GmbH, Berlin.
Pirsig R.M. 1974. Lo Zen e l’arte della manutenzione della motocicletta. Adelphi Edizioni, Milano.
Silvestri F. 1999. Looking for objective criteria in the interpretation of laboratory stress-strain tests. Panel report, II Int. Symp. on Pre-failure
Deformation of Geomaterials, Torino, Vol. 2. Balkema, Rotterdam.
UNI EN ISO 9000-1 “Norme di gestione della qualità e di assicurazione della qualità”
UNI CEI EN ISO/IEC 17025 “Requisiti generali per il funzionamento dei laboratori di prova e di taratura”
UNI CEI EN 45003 “Criteri generali per gli organismi di accreditamento dei laboratori di prova e di taratura”
UNI CEI EN 45012 “Criteri generali per gli organismi di certificazione dei sistemi qualità”
APPENDICE
Indice Circolare 16.XII.1999 n. 349/STC
Concessione ministeriale ai laboratori geotecnici
PARTE I
1) PREMESSE
2) CAMPO DI APPLICAZIONE DELLA CIRCOLARE
3) SOGGETTO GESTORE
4) REQUISITI RICHIESTI ALL'ATTO DELL'ISTANZA
5) DOCUMENTAZIONE DA ALLEGARE ALL'ISTANZA
6) ISTRUTTORIA E CONTROLLI
7) DURATA E RINNOVO DELLA CONCESSIONE
8) SOSPENSIONE E REVOCA DELLA CONCESSIONE
9) DISPOSIZIONI TRANSITORIE
PARTE II
A. ELENCO DELLE PROVE PER LE QUALI E' RICHIESTA CERTIFICAZIONE UFFICIALE
A.1 PROVE DI LABORATORIO SUI TERRENI
A.1.1 Prove di riconoscimento e classificazione
A.1.2 Prove di deformabilità e di resistenza meccanica
A.1.3 Prove di permeabilità
A.1.4 Altre prove
A.2 PROVE DI LABORATORIO SULLE ROCCE
………
A.3 PROVE IN SITO
………
B. ELENCO DELLE ATTREZZATURE
B.1 PROVE DI LABORATORIO SUI TERRENI
B.2 PROVE DI LABORATORIO SULLE ROCCE
B.3 PROVE IN SITO
B1. ELENCO DELLE ATTREZZATURE PREVISTE IN FASE TRANSITORIA
B.1 PROVE DI LABORATORIO SUI TERRENI
B.2 PROVE DI LABORATORIO SULLE ROCCE
B.3 PROVE IN SITO
C. LOCALI
D. DIRETTORE E PERSONALE DEL LABORATORIO
D.1 DIRETTORE
D.2 PERSONALE DEL LABORATORIO
D.3 RISERVATEZZA E SICUREZZA
D.4 IMPARZIALITÀ, INDIPENDENZA E INTEGRITÀ
E. GARANZIA DI QUALITA'
MANUALE DELLA QUALITÀ
E.1 METODI DI PROVA E PROCEDURE
E.2 CERTIFICATI DI PROVA
E.3 MANIPOLAZIONE DEI CAMPIONI E DEGLI OGGETTI SOTTOPOSTI A PROVE
F. GARANTE ESTERNO
G. DOCUMENTAZIONE RELATIVA ALLA GESTIONE DEL LABORATORIO
H. RIFERIMENTI NORMATIVI
SINCERT
accredita (45012)
Società
certificazione
certifica (9000,14000)
Impresa
Impresa
Impresa
SINAL
accredita (45001)
Lab
Lab
Lab
SNT
accredita (45003)
Centro
taratura
Centro
taratura
Figura 1. Il Sistema Qualità Italia.
(a)
(b)
(d)
(c)
Figura 2. Esempi di: (a) misura accurata ma non precisa, (b) misura precisa ma non accurata,
(c) misura né accurata né precisa, (d) misura accurata e precisa.
(a)
(b)
Figura 3. Procedure standard per la misura del limite liquido:
(a) punta conica, (b) cucchiaio di Casagrande.
1:1
Figura 4. Confronto tra i valori del limite liquido misurato con i due metodi
(ETC5, 1998).
0,900
indice dei vuoti, e
0,850
0,800
Fine consolidazione primaria
0,750
Fine incremento 24 h
0,700
0,650
1
10
100
1000
10000
tensione verticale, σ'v (kPa)
Figura 5. Effetto del criterio di elaborazione sulla curva di compressibilità.
Figura 6. Misura della resistenza non drenata con il fall-cone.
tensione deviatorica, q (MPa)
2,50
0.20 MPa
0.39 MPa
0.78 MPa
1.57 MPa
2,00
1,50
1,00
0,50
(a)
0,00
0
5
10
15
20
deformazione assiale, εa (%)
tensione tangenziale, τ (MPa)
3
0.20 MP a
0.39 MP a
2
0.78 MPa
1.57 MP a
φ ' max
φ ' min
1
(b)
0
0
1
2
3
4
tensione norm ale, σ ' (M P a)
Figura 7. Prove triassiali consolidate-non drenate: elaborazione convenzionale mediante
(a) curve tensione-deformazione e (b) cerchi di Mohr.
tensione deviatorica, q (MPa)
3
0.20 MPa
0.39 MPa
2
0.78 MPa
sen ϕ =
1.57 MPa
3M
6+M
1
(a)
0
0
1
2
3
4
tensione media, p' (MPa)
rapporto tensionale, q/p'
1.80
(b)
1.60
1.40
1.20
1.00
0.80
0.20
0.39
0.78
1.57
0.60
0.40
0.20
MPa
MPa
MPa
MPa
0.00
0
5
10
15
20
deformazione assiale, εa (%)
Figura 8. Prove triassiali consolidate-non drenate: elaborazione mediante (a) percorsi di
tensione effettiva q:p’ e (b) rapporti tensionali q/p’ in funzione di εa .