Calcolo di nuove strutture: i tecnici continuano a chiedere al software agilità e integrazione

Negli anni la professione dell’ingegnere strutturista è molto cambiata. A partire dall’iniziale esigenza di maggior potenza di calcolo, le richieste moderne rimangono la gestione di flussi di lavoro snelli e una integrazione più forte tra i vari soggetti impegnati nel processo progettuale.

È sicuramente stimolante ed anche foriera di una buona dose di nostalgia per chi scrive la proposta di trattare il tema ‘il mondo dei NUOVI EDIFICI, delle NUOVE COSTRUZIONI’ poiché datando la mia laurea in ingegneria civile al lontano 1970 ed essendomi interessato professionalmente in questi anni esclusivamente di calcolo strutturale ho vissuto ed anche, se pure in piccola parte, contribuito in prima persona alla evoluzione delle metodologie di progettazione strutturale.

L'evoluzione della progettazione strutturale: dal regolo...

Per capire la entità della rivoluzione che ha investito il mondo della progettazione strutturale basta che ricordi che, quando dopo la laurea fui assunto nell’ufficio tecnico di una grande impresa di costruzioni con interessi in Italia e all’estero, mi dotarono come strumento di calcolo di un regolo di legno.

Photo by Wim van 't Einde 

In tutto l’ufficio in cui lavoravano una quarantina di persone, un architetto, due ingegneri, due geometri ed oltre una trentina di disegnatori la unica calcolatrice era una divisumma Olivetti che veniva utilizzata soprattutto per addizioni e sottrazioni. I due geometri svolgevano funzione di progettisti strutturali ed erano stati addestrati a progettare i telai in cemento armato con il metodo di Cross. Così era stata progettata tra le tante opere anche una famosa catena di alberghi in tutta Italia. Evidentemente nell’Italia del boom economico che stava per terminare non erano stati disponibili sul mercato laureati in ingegneria civile in numero adeguato alle necessità della ricostruzione post bellica.

Mi ricordo la sorpresa del mio bravissimo capo ufficio quando la mia proposta di acquistare uno dei primi elaboratori HP apparsi sul mercato era stata accettata immediatamente e validata con firma diretta dell’amministratore della società nonostante il costo abbastanza elevato. Aveva capito che le modalità di lavoro erano destinate a cambiare in maniera radicale. Quando penso a come si lavorava ricordo che uno dei momenti che richiedeva più concentrazione era la correzione dei disegni. Avevo consegnato ai disegnatori gli schizzi relativi alle armature e dovevo controllare che avessero ricopiato correttamente sulla carta da lucido numero e diametro delle barre di armatura. La operazione è banale e ripetitiva e proprio per questo passibile di sviste specie se si è stanchi, distratti continuamente da altri problemi e c’è da controllare un pacco di qualche decina di tavole in formato A0.

...all'uscita del PC IBM (1981) e dei primi programmi di disegno e modellazione

Da allora l’applicazione dell’automazione nelle problematiche dello studio tecnico è stata un crescendo continuo legato sia alla evoluzione dell’hardware che del software. La svolta decisiva è stata impressa dall’uscita del PC IBM nel 1981, l’antesignano degli attuali personal computer che ha di fatto creato uno standard sul quale hanno trovato conveniente investire i produttori sia di hardware che di software. 

Sono così sorti i primi programmi a diffusione mondiale dedicati a due delle principali attività di studio: il disegno e la modellazione. Per la grafica in Italia si è imposto lo standard di AutoCAD, favorito in questo dalla iniziale grande diffusione illegale. Per la modellazione i primi prodotti internazionali più impiegati in Italia sono stati i solutori della CSI (SAP80 e successivi) affiancati                               Photo by bert sz
negli anni da altri solutori di diffusione internazionale. 

La soluzione dei problemi di disegno e di modellazione ha ovviamente portato grande beneficio alle attività di studio. L’impiego separato però dei due ambienti costringe il progettista ad un trasferimento di dati tra i due ambienti con tutti i problemi legati all’intervento manuale. I due ambienti inoltre non sempre risolvono il problema delle verifiche e soprattutto della progettazione di dettaglio che deve in alcuni casi trovare conclusione automatica nell’ambiente grafico per la produzione degli esecutivi.

Cresce l'esigenza di ambienti di progettazione integrata

È stata quindi avvertita la necessità di ambienti di progettazione integrata che in un unico ambiente gestissero tutte le problematiche della progettazione strutturale: il disegno tridimensionale per la definizione del manufatto, la creazione del modello matematico a partire dal disegno, la soluzione del modello con visualizzazione dei risultati, il trasferimento automatico dei risultati del modello ai verificatori. 

Questi ultimi si differenziano per materiali e norme di verifica e contengono al loro interno le procedure per la esecuzione delle verifiche. In alcuni casi, come per esempio nel caso del cemento armato, i verificatori contengono anche procedure per la progettazione di dettaglio che si conclude con la produzione dei disegni esecutivi dei singoli elementi strutturali. Per terminare il lavoro restano da organizzare le tavole esecutive e produrre computo e relazione di calcolo; il tutto nel modo più automatico possibile. 

L'importanza dei verificatori 

Desidero evidenziale la insostituibile importanza dei verificatori in particolare per quanto riguarda il cemento armato. Pensiamo ad esempio alla verifica a pressoflessione delle sezioni di una piastra.
Il solutore mi restituisce nel nodo le sollecitazioni riferite agli assi principali. Per la verifica mi servono i valori Nx, Mx e Ny, My riferiti alle due sezioni di verifica. Le sollecitazioni del solutore vanno elaborate perché gli assi principali solitamente non coincidono con le direzioni di armatura e ovviamente si deve prendere in conto l’effetto del momento torcente. Se le sezioni di verifica sono in corrispondenza di un carico concentrato ortogonale alla piastra (es. pilastro) i valori forniti dal solutore sono spesso inaccettabili per la presenza di forti cuspidi nei diagrammi di momento. In questa ipotesi può essere opportuna una manipolazione dei valori analogamente a quanto viene fatto per i diagrammi di momento delle travi in corrispondenza dei pilastri. Operazioni queste da ripetere per decine o centinaia di combinazioni e per migliaia di nodi. 

Per quanto riguarda le armature, che essendo incrociate sono sempre su più strati, deve essere valutata la loro esatta collocazione nella sezione ed il grado di ancoraggio.  È essenziale quindi un disegno tridimensionale delle barre che prevenga collisioni e rispetti gli interferri. 

Armature 3D in ambiente di verifica di Sismicad

Progettazione strutturale e BIM

Fin qui abbiamo parlato delle necessità dello studio di progettazione strutturale. Le ultime richieste del mondo della progettazione che vanno sotto il nome di BIM sono di includere le attività di progettazione strutturale all’interno di un unico ambiente che comprende le attività di progettazione, esecuzione e gestione nel tempo del manufatto. Da qui la necessità di integrare l’ambiente di progettazione strutturale all’interno di ambienti di progettazione generale (es. Revit di Autodesk) o di facilitare lo scambio di informazioni con altri ambienti attraverso la adozione di un protocollo comune di trasmissione dati (es. IFC).

Edificio progettato in Sismicad 12.16

Importazione in Revit 2021 di struttura e armature (in famiglie native) da Sismicad 12.16, con apposito plugin

Visualizzazione IFC esportato da Sismicad 12.16 in Solibri Model Viewer

Le sfide di una software house

Per una software house la sfida è di migliorare continuamente il prodotto sia in termini di velocità e facilità di utilizzo che di esecutività degli elaborati sempre più esaustiva. Non bisogna dimenticare però che una software house non offre un prodotto ma un servizio che comprende anche l’assistenza divenuta col tempo sempre più importante viste le radicali e ripetute modifiche normative non sempre facilmente recepibili per intero dal progettista che ha mille altre cose a cui pensare. Spesso l’attività di assistenza non si limita alla semplice illustrazione delle prestazioni del programma ma sfocia in un ambito di vera e propria consulenza professionale. A differenza di un tempo il progettista è quindi favorito perché ha a disposizione non solo l’ambiente di progettazione ma anche un riferimento per suggerimenti di carattere generale.

A differenza di un tempo però l’ingegnere, delegando molto al software, tarda ad assumere quella sensibilità ingegneristica che gli dava la solitudine di fronte ai problemi ed anche, se vogliamo, l’uso del regolo che restituendo come risultato tre cifre senza virgola costringeva a valutare, per fissare la virgola, se si trattava di kilogrammi o tonnellate.

Per maggiorni info > SISMICAD 12 - Le risposte per il calcolo strutturale