Progettazione strutturale - bim

Obbiettivo principale della progettazione è garantire che la struttura sia in grado di svolgere la sua funzione, con il richiesto grado di affidabilità e con costi contenuti, durante la vita di progetto prevista, il che implica che le strutture e gli elementi strutturali devono essere progettati, eseguiti e mantenuti soddisfacendo i requisiti fondamentali di resistenza ultima, di funzionalità, durabilità e di robustezza.

Il primo passo del processo progettuale, il più delicato, è certamente la “concezione del sistema strutturale”. La scelta del sistema costruttivo e dello schema/sistema strutturale deve necessariamente tener conto di:

• natura del suolo,
• aspetti realizzativi / esecutivi,
• aspetti estetici,
• aspetti economici.

Il buon esito dell’opera, dipende essenzialmente dalla concezione della struttura, più che da elaborati processi di calcolo e perfezionamenti.

Successivamente si passa

• alla definizione di un modello per lo schema geometrico, per il materiale e per i carichi;
• alla sua risoluzione (analisi strutturale), cioè alla determinazione di deformazioni e tensioni;

Infine, si esegue

• il dimensionamento degli elementi strutturali,
• la verifica degli elementi strutturali, per controllare che la struttura sia in grado di sopportare le azioni che la sollecitano durante la sua vita utile.

Il BIM applicato alla progettazione strutturale

La metodologia di progettazione contemporanea ha subito e subirà delle grosse trasformazioni dovute alla diffusione di strumenti che stanno modificando nel profondo lo scambio di informazioni fra i differenti soggetti coinvolti nella realizzazione di un’opera.

Il tutto è iniziato con la nascita del Building Information Modeling, meglio noto come BIM. Si tratta di un approccio teorico della gestione di un processo che può essere implementato in diversi modi. Fra tutti quello attualmente più diffuso si basa sull’utilizzo del formato IFC quale standard di interoperabilità; ovvero tale formato permette lo scambio del  progetto e di tutti i dati ad esso collegato fra i vari software che gestiscono l’intero iter progettuale, partendo dalla proposta progettuale, per passare al progetto definitivo, l’esecutivo, la gestione del cantiere, la gestione dei costi e non termina con la realizzazione dell’opera ma prosegue con la gestione e manutenzione nel tempo della stessa. Si tratta di un progetto di costruzione condiviso con informazioni integrate in un formato che modella sia la struttura che l’intera cronologia del progetto dall’inizo alla demolizone finale.

Consente agli ingegneri di lavorare su un singolo progetto da qualsiasi parte del mondo. Condensa una sovrabbondanza di informazioni su ogni dettaglio in un formato funzionale. Facilita test e analisi durante la fase di progettazione per trovare la migliore risposta a un problema. Semplifica la progettazione, semplifica il coordinamento tra i membri del team e facilita la manutenzione della struttura nell’intero ambiente costruito, e questo è solo l’inizio.
Utilizzando un approccio BIM le opere vengono progettate, costruite e gestite nel rispetto dei tempi e del budget, si riducono di molto le problematiche riscontrate in corso d’opera e l’edificio viene preservato nel tempo con minori oneri e costi.

Per la sua posizione e conformazione geografica, l’Italia è periodicamente interessata da fenomeni sismici di diversa entità. Le quattro zone di pericolosità sismica in cui è suddiviso il territorio italiano vanno dalla zona 1, in cui la probabilità che avvenga un forte terremoto è alta, alla zona 4, nella quale la probabilità è molto bassa.

Per prevenire gli eventuali danni causati da un terremoto, è consigliabile effettuare sugli edifici già esistenti degli interventi antisismici. Nel caso poi di edifici considerati strategici o con una funzione di pubblica utilità (per esempio ospedali, scuole e palazzi governativi) tali interventi sono obbligatori.

Per stabilire quali sono gli interventi antisismici più adeguati si devono prendere in considerazione diversi parametri: il tipo di costruzione (monopiano o multipiano), il tipo di struttura portante (muratura, cemento armato, legno), le fondazioni su cui poggia l’edificio, la zona sismica e il contesto nel quale l’edificio è inserito. Altrettanto fondamentale per la scelta dell’intervento è la consulenza di un tecnico competente, che conduca le opportune indagini diagnostiche e prove di laboratorio.

È importante, inoltre, distinguere tra miglioramento sismico, volto ad aumentare il livello di sicurezza antisismica, e adeguamento sismico, che prevede il raggiungimento della soglia di sicurezza richiesta dalla legge, in base alla zona di rilevanza sismica in cui si trova l’edificio.

Vediamo dunque quali sono le principali tipologie di interventi antisismici:

Consolidamento delle murature: deficit strutturali e agenti atmosferici possono portare a cedimenti e rendono perciò necessario il rinforzo di solai e pareti (portanti e non) tramite l’impiego di intonaci fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP), di fibre di carbonio o di vetro, di malte e resine termoindurenti.

Rinforzo di strutture in cemento armato o lignee: errori di calcolo durante la fase di dimensionamento, usura e sollecitazioni possono indebolire le travi di legno e in cemento armato, i pilastri e le colonne. Per gli interventi su queste strutture, le fibre di carbonio si dimostrano le più impiegate, perché leggere e di rapida applicazione.

Opere di rinforzo strutturale sui solai: l’utilizzo dei connettori permette di sovrapporre alla struttura esistente una sottile soletta, spesso di calcestruzzo con rete elettrosaldata, connessa al solaio esistente.

Impiego di dispositivi antisismici: i dissipatori di energia sono dispositivi che disperdono gran parte dell’energia trasmessa alla struttura durante il sisma, riducendo così le sollecitazioni negli elementi strutturali; gli isolatori sismici sono posizionati tra le fondazioni e le strutture in elevazione per disaccoppiare le frequenze del sisma dalle frequenze della struttura in elevazione ed evitare l’insorgere di fenomeni di risonanza; i giunti strutturali permettono invece l’interruzione della continuità di un’opera ed evitano quindi il danneggiamento sismico di due zone contigue.

Consolidamento geotecnico: il miglioramento dei terreni di fondazione è altrettanto necessario quanto il risanamento della struttura.