Software e ricerca applicata

Negli ultimi decenni il crescente interesse della comunità scientifica alle problematiche legate alla protezione degli edifici nei riguardi dell’azione sismica ha portato alla definizione e messa a punto di metodologie e strategie di progetto nonché di tecniche di intervento sempre più avanzate ed efficaci. Avanzamento tecnologico e sviluppo di una più moderna concezione di progettazione antisismica, basata su un approccio di tipo prestazionale, hanno proceduto di pari passo confluendo, inevitabilmente, nella emanazione di nuove norme per la progettazione e verifica delle costruzioni. L'entrata in vigore a partire dal 1 luglio 2009 delle nuove "Norme Tecniche per le Costruzioni", approvate con il D.M. 14 gennaio 2008, rappresenta un passaggio estremamente significativo nello sviluppo del calcolo strutturale.
Le molteplici innovazioni introdotte nel calcolo strutturale costituiscono fonte di numerosi dibattiti tra i diversi attori del settore dell'edilizia (progettisti, case di software, imprese di costruzione, ente pubblico) in merito ad aspetti sia teorici che applicativi. In particolare, tra gli aspetti più dibattuti vi è senza dubbio il corretto utilizzo dei software nel calcolo strutturale. L'adozione di software di calcolo per la progettazione di nuove costruzioni e la valutazione sismica ed il progetto dell'intervento di miglioramento/adeguamento di un edificio esistente è oggigiorno tanto indispensabile quanto ricca di insidie connesse al corretto utilizzo di tale strumento. Il calcolo strutturale non può, infatti, oggi prescindere dall’utilizzo di procedure di calcolo integrate in un software sia per la numerosità dei calcoli da effettuare (dovute alla necessità di tenere in conto tutte le possibili combinazioni di carico che possono realizzarsi durante la vita della struttura) sia per la complessità degli stessi. Il corretto utilizzo di un software di calcolo offre l’opportunità al progettista di studiare strutture anche di notevole complessità in tempi relativamente ridotti, utilizzando, allo stesso tempo, un modello strutturale aderente alla struttura reale. La traduzione in codici di calcolo di diversi approcci metodologici e di tecniche di intervento di nuova concezione rappresenta, tuttavia, un passaggio estremamente delicato sia per le i produttori di software che per i progettisti. Il saper coniugare le scelte progettuali, di cui il progettista è e deve essere unico responsabile ed autore, con le potenzialità di modellazione di un software nell'ambito di quanto prescritto dalla nuove Norme Tecniche per le Costruzioni rappresenta certamente una delle sfide più ambiziose del momento.


PROGETTAZIONE E SOFTWARE
Le Norme Tecniche per le Costruzioni, NTC08, di cui al DM 14 gennaio 2008, integrate dalla Circolare Ministeriale n. 617 del 2 febbraio 2009, definiscono i principi per il progetto, l’esecuzione e il collaudo delle costruzioni; esse forniscono quindi i criteri generali di sicurezza, specificano le azioni che devono essere utilizzate nel progetto e definiscono le caratteristiche dei materiali e dei prodotti. L'approccio guida di tipo prestazionale di tali norme induce alla definizione dei livelli di sicurezza e delle prestazioni attese, lasciando al progettista la libertà di scegliere sistemi e tecnologie costruttive. È proprio l'implementazione di tale approccio attraverso lo strumento imprescindibile del software di calcolo, il nodo più delicato della moderna progettazione strutturale.
La corretta interpretazione delle caratteristiche prestazionali o cogenti delle attuali norme di calcolo ovvero la traduzione di requisiti normativi in regole applicabili in modo quasi automatico dal software richiedono, da una parte, la messa a punto di software di calcolo sempre più flessibili e polivalenti e, dall'altra, la piena consapevolezza dei progettisti delle opportunità offerte dagli stessi.
Il pieno sfruttamento delle notevoli potenzialità offerte dall’utilizzo di software di calcolo è, infatti, intimamente connesso al corretto utilizzo di tale strumento. Di qui la necessità, oggi più che in passato, di conoscere in maniera approfondita le caratteristiche dei diversi programmi di calcolo strutturale al fine di adottare, a seconda delle proprie esigenze, il software più opportuno per la corretta risoluzione dei problemi di ingegneria affrontati dal progettista. In particolare, una corretta progettazione attraverso l'adozione di un software di calcolo non può prescindere dall'analisi di:
- campi d’impiego del software: potenzialità di modellazione (preprocessing), meshatura e interoperabilità con altri software; principali caratteristiche del solutore e dell’algoritmo utilizzato per trovare la soluzione del problema; indicazioni sul postprocessore riguardanti principalmente la tipologia di verifiche eseguite e la modalità di lettura, visualizzazione e stampa dei risultati (relazione di calcolo, elaborati grafici, etc..) e interoperabilità con altri software;
- algoritmi impiegati dal software: Metodo degli elementi finiti (FEM); Metodo degli elementi al contorno (BEM), etc.;
- tipologia di elementi adottabili nel modello: link, beam, truss, plane, brick, shell, pipe, contact, etc..) e relative tipologie di analisi (plane stress, plane strain, axisymmetric, 3-D modeling, etc.) di materiale (isotropo, ortotropo, anisotropo, graded) e di attributi da assegnare (carichi, vincoli, sezione/spessori);
- tipologie di analisi implementabili dal software: analisi statica lineare, analisi dinamica modale, analisi statica non lineare (pushover), time history lineare, time history non lineare, analisi di buckling;
- flessibilità del software di calcolo nella modellazione: possibilità di incidere nella definizione del modello di calcolo non solo attraverso la definizione di parametri di input a scelta tra una libreria dati pre-definita e non modificabile presente nel software;
Solo una profonda conoscenza di tali aspetti può consentire al progettista moderno di coniugare nel migliore dei modi libertà progettuale e complessità di calcolo attraverso l'adozione di un software.

INNOVAZIONE E SOFTWARE
Nella progettazione di una nuova costruzione la conformità ai requisiti di sicurezza richiesti è garantita dal rispetto dei principi guida della moderna filosofia di progettazione antisismica (corretta applicazione del criterio di progettazione delle capacità, capacity design) e dal rispetto delle prescrizioni normative che ne derivano. Nel caso di strutture esistenti il processo logico della valutazione della sicurezza trova nella progettazione di interventi di miglioramento/adeguamento sismico la sua naturale conclusione. Ed è proprio nella definizione di strategie di intervento tese ad incrementare la capacità sismica di una costruzione esistente che la ricerca ha indirizzato il massimo sforzo negli ultimi anni. Ciò ha portato alla messa a punto di tecniche di intervento che, sebbene di grande efficacia, richiedono talvolta l'utilizzo di criteri di modellazione più complessi e certamente non tradizionalmente noti. E' proprio in questo ambito, vale a dire nella corretta implementazione in codici di calcolo "pre-assemblati" delle più recenti scoperte scientifiche, che si disputa la sfida più complessa di una corretta progettazione e modellazione. L’utilizzo di tecniche di intervento innovative spesso si scontra con notevoli difficoltà di applicazione nei software di calcolo. Di seguito, pertanto, si riportano e analizzano alcune delle principali criticità emerse in tale ambito, con specifico riferimento alle strutture in c.a. ed in muratura esistenti.

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