Soil Unit Weight Estimation Using the Cone Penetration Test and Machine Learning

ABSTRACT: Soil unit weight is an essential soil parameter for assessing total and effective stresses in geotechnical engineering. Several empirical correlations have been developed to estimate the soil unit weight from piezocone penetration tests (CPTu). This paper investigates the potential of a data-driven approach for the estimation of soil unit weight from CPTu data. A compiled database of paired CPTu readings and laboratory measured unit weights from different field test sites with a variety of soil types, geological environments, and stress histories was used to explore and develop a machine learning algorithm directly estimating unit weights from piezocone data. The random forest algorithm was employed to calibrate the CPTu readings to the soil unit weights. The results outperformed the existing widely used CPT-based relationships to estimate the soil unit weight.

RÉSUMÉ: Le poids volumique des sols est un paramètre de sol essentiel pour évaluer les contraintes totales et effectives en géotechnique. Plusieurs corrélations empiriques ont été développées pour estimer le poids volumique des sols à partir des tests de pénétration piézocône (CPTu). Cet article étudie le potentiel d'une approche basée sur les données pour l'estimation du poids volumique des sols à partir des données CPTu. Une base de données compilée à partir de couples de valeurs de CPTu et de poids volumiques mesurés en laboratoire à partir de différents sites d'essai sur le terrain avec une variété de types de sols, d'environnements géologiques et d'historiques de contraintes a été utilisée pour explorer et développer un algorithme d'apprentissage automatique estimant directement les poids volumiques à partir des données de piézocône. L'algorithme random forest a été utilisé pour calibrer les valeurs de CPTu aux poids volumiques des sols. Les résultats ont été comparés à certaines des relations basées sur le CPT largement utilisées pour estimer le poids volumique des sols.