17-2011 | Speciale | Software
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Utilizzo del software strutturale nella progettazione

prof. ing. Paolo Riva

Nella moderna progettazione strutturale, il software assume un ruolo sempre più importante, tanto da far ritenere che oggi non si possa progettare senza l’ausilio di software di calcolo. Tali software possono essere suddivisi in diverse tipologie: software per l’analisi strutturale; software per la verifica di elementi e componenti strutturali; software integrati per l’analisi e la progettazione. Le Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008 consentono esplicitamente l’uso dei codici di calcolo, ma cercano di regolamentarne in qualche modo l’uso (NTC08, § 10.2). In particolare si richiede di porre particolare cura nello svolgimento della relazione di calcolo, sia ai fini di facilitare l’interpretazione e la verifica dei calcoli, sia ai fini di consentire elaborazioni indipendenti da parte di soggetti diversi dal redattore del documento. Viene inoltre chiarito che il progettista resta comunque l’unico responsabile dell’intera progettazione strutturale, indipendentemente dal software utilizzato dalla verifica. Ciò comporta che il produttore di software non può essere in alcun modo ritenuto responsabile di eventuali crolli o danni che dovessero manifestarsi in strutture progettate con l’ausilio del calcolatore. È quindi evidente che il progettista ha in ogni caso l’obbligo di condurre verifiche autonome che gli consentano di attestare l’attendibilità dei calcoli svolti. Al proposito le NTC08 sono sufficientemente chiare ed esaustive, anche se non è sempre banale definire dei criteri per la verifica di affidabilità dei risultati di un’analisi strutturale condotta su una struttura particolarmente complessa.

Nel seguito cercheremo di indicare alcuni criteri semplici, e forse banali, che consentono di utilizzare con maggiore confidenza i codici di calcolo. Quando si affronta l’analisi strutturale di una struttura complessa, soprattutto in presenza di azioni dinamiche, vi è la tendenza del progettista a fidarsi quasi ciecamente dei risultati ottenuti. Peraltro, la validità del calcolo è fortemente legata alla correttezza dello schema statico impiegato e delle ipotesi fatte relativamente alle combinazioni di carico. Prima ancora di svolgere un’analisi strutturale è opportuno fare una stima della risposta attesa in presenza delle sollecitazioni più significative utilizzando schemi strutturali semplificati, ad esempio utilizzando modelli a trave continua per lo studio preliminare di travi ed impalcati. Per quanto riguarda la risposta di interi edifici alle azioni orizzontali, è opportuno sviluppare modelli semplificati quali modelli a trave o a mensola equivalente. Ciò consente di stimare in maniera piuttosto semplice quale sia la risposta attesa di un edificio soggetto ad azioni orizzontali quali sisma e vento, di calcolare le azioni al piede, e la distribuzione delle forze in elevazione. Una volta acquisita una certa confidenza sulla risposta attesa per l’edificio, è abbastanza banale verificare la coerenza dei risultati di una analisi complessa rispetto a quanto ipotizzabile con modelli semplificati.

Per quanto riguarda lo schema statico, la parte più delicata dell’analisi è legata alla definizione dei vincoli da utilizzare nel modello, siano vincoli in fondazione o collegamenti tra gli elementi strutturali. Basti ricordare che in natura non esistono vincoli perfetti: un incastro ben difficilmente è tale, una cerniera ideale non esiste, e così via. È quindi importante valutare di volta in volta se sia necessario svolgere un’analisi di sensibilità per verificare se la modifica delle condizioni al contorno possa comportare sostanziali variazioni nella risposta della struttura alle sollecitazioni di progetto. Spesso l’eccesso di complicazione dei modelli può portare a soluzioni per le quali è pressoché impossibile valutarne la correttezza. È quindi importante utilizzare modelli quanto più semplici possibile, così da poterli meglio governare e controllare.

Qualora sia inevitabile giungere a modelli notevolmente complessi, questi devono comunque essere confrontati con modelli semplificati, così da poter garantire la coerenza e correttezza dei risultati. Quando si utilizzino programmi per la verifica degli elementi strutturali, quali programmi per la verifica sezionale degli elementi in c.a. o acciaio, di muri di sostegno, pali, paratie, ecc., è fondamentale che il progettista acquisisca una certa confidenza sulla validità del risultato, e soprattutto non perda di vista l’importanza della verifica dell’ordine di grandezza del risultato. Gli errori generalmente dipendono da dati non corretti, più che non da errori nel software. Sembra banale, ma quello che contraddistingue un bravo ingegnere da uno poco capace, sta nella sensibilità nei confronti dell’ordine di grandezza atteso per un risultato e nella capacità di stimare rapidamente la validità dei risultati ottenuti.

A titolo di esempio, se si deve controllare la validità di una verifica a flessione su una sezione inflessa in c.a., basta ricordare che la resistenza flessionale sarà comunque uguale al prodotto della resistenza delle armature tese per il braccio della coppia interna (Mrd = fyd*As*z), quindi tutto dipende dal valore del braccio della coppia interna, che ovviamente non potrà che essere inferiore all’altezza della sezione (generalmente una stima accettabile è z=0,9d). Un ingegnere che non sapesse svolgere tale verifica rapidamente sarebbe bene non facesse il progettista di strutture! Quando si utilizzino software per la progettazione integrata, software cioè che consentono di partire dal disegno dell’edificio, da questo generino in maniera più o meno automatica un modello per l’analisi ad elementi finiti, quindi svolgano l’analisi, il dimensionamento, e la verifica degli elementi strutturali, per finire con la produzione delle tavole costruttive, le problematiche legate alla verifica della bontà dei risultati diventano ancora più importanti. Tali software sono dei sistemi esperti, dove l’esperto a volte è lo sviluppatore del software e non l’utente, che per eccesso di fiducia, imperizia, o pigrizia tende ad utilizzare il software a ‘scatola chiusa’, con effetti invero devastanti sulla qualità della progettazione. Se i vantaggi derivanti dall’uso di tali software sembrano ovvi, è importante osservare che essi hanno alcuni difetti intrinseci.

In particolare, essi sono generalmente poco flessibili, e in presenza di geometrie complesse possono portare a risultati non coerenti, o a progetti comunque non cantierizzabili, malgrado tutte le verifiche di norma possano apparire soddisfatte. È quindi fondamentale che il progettista continui a fare il progettista anche quando utilizzi software di calcolo, verifica, e disegno integrati. Ciò comporta il controllo della validità dei risultati dell’analisi con modelli semplificati, la sistemazione degli elaborati grafici, la risoluzione di tutte le singolarità che si dovessero presentare per la presenza di passaggi di impianti o quant’altro, e non si dimentichi di fare le verifiche più banali. Tra queste, se pensiamo ad esempio ad una trave in c.a., è ad esempio sufficiente controllare che la somma del momento resistente in campata sommato alla media dei momenti resistenti alle estremità sia almeno pari a pl2/8, dove p è il carico agente sulla trave ed l è la luce di calcolo.

Sembra incredibile, ma pochi ingegneri fanno questa banale verifica, e più frequentemente di quanto non sembri, capita di vedere travi evidentemente armate in maniera insufficiente o errata. Per concludere, in effetti la progettazione ormai non può prescindere dall’utilizzo di software di calcolo sempre più sofisticati. D’altra parte, l’uso corretto di tali software richiede che l’utente abbia capacità di valutare e validare il risultato; conosca quindi la statica e la dinamica delle strutture, conosca i materiali e la risposta strutturale, sia in grado di valutare la ‘costruibilità’ del progetto, sia dotato di grande buon senso e sensibilità. In altre parole, sia un Ingegnere!

prof. ing. Paolo Riva - Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni Università degli Studi di Bergamo

(L´articolo apre lo Speciale Software pubblicato alle pagg. 7 - 12 di questo numero)

 

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