Raffaele Landolfo » 2.La metodologia

L’architettura e l’ingegneria strutturale

L’obiettivo

Le discipline dell’ingegneria e dell’architettura strutturale hanno come “obiettivo” il progetto e la verifica dei sistemi strutturali, in funzione dei livelli prestazionali richiesti e nel rispetto di un pre-assegnato requisito di sicurezza.

La progettazione strutturale, in una visione moderna, prevede l’intervento e la fattiva collaborazione tra due distinte figure professionali: l’architetto e l’ingegnere strutturale.

Al primo spetta generalmente il compito di concepire, insieme al progetto architettonico, l’ossatura del corpo di fabbrica, ovvero l’organismo strutturale.

Al secondo, invece, è relegata la funzione di verificare la fattibilità dell’impianto strutturale proposto, procedendo al successivo dimensionamento e verifica di tutti gli elementi costituenti, la cui completa caratterizzazione termina con la redazione degli elaborati di progetto esecutivi.
Ovviamente il grado di interazione diventa massimo nell’ensemble delle due distinte figure professionali.

La progettazione basata sull’esperienza

In passato, la progettazione strutturale era praticata soprattutto sulla base dell’esperienza. Le regole della costruzione “a regola d’arte” venivano infatti tramandate, di generazione in generazione, dai mastri costruttori ed erano spesso fondate sugli insegnamenti derivanti da precedenti crolli.

La nascita del metodo scientifico

Le prime lucide osservazioni nel campo della definizione di un metodo scientifico atto a risolvere i problemi strutturali possono trovarsi nell’opera di Leonardo da Vinci. Quest’ultimo, infatti, non solo fu il primo ad applicare il metodo dei lavori virtuali nell’ambito dei suoi studi sulla leva, ma fu anche un abilissimo sperimentatore. In particolare, nel “Codice Atlantico”, elaborò ad esempio un valido apparato sperimentale per verificare il carico di rottura di fili metallici e per determinare l’analogo di una colonna compressa di sezione quadrata.

Fu però indubbiamente Galileo Galilei il primo ad introdurre in modo sistematico l’approccio analitico nella risoluzione dei problemi strutturali. Le argomentazioni e le riflessioni riportate nei primi due dialoghi del suo trattato “Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze”, dedicati alle proprietà meccaniche dei materiali strutturali e alla resistenza delle travi, sono infatti unanimemente considerate come le basi della progettazione strutturale basata sul metodo scientifico.

L’attuale metodologia

Lo sviluppo delle sperimentazioni e delle tecniche di controllo delle caratteristiche meccaniche e fisiche dei materiali strutturali hanno permesso la messa a punto dell’attuale metodologia di progettazione strutturale.
Ad una fase preliminare di concezione (nel caso di nuova costruzione) o di identificazione (nel caso di strutture esistenti), il progettista deve far seguire una fase di modellazione, che richiede la definizione dei seguenti sub-modelli:

• modello geometrico, con il quale sia possibile rappresentare verosimilmente la struttura esistente;
• modello meccanico, con cui si schematizza il comportamento del materiale strutturale;
• modello delle azioni, con il quale si sintetizzano le azioni agenti sulla struttura.

Dopo aver messo a punto il modello, le fasi successive sono l’analisi strutturale e la verifica o controllo teorico. Il progettista viene accompagnato, durante queste fasi, dalle prescrizioni dettate dalla normativa di riferimento. Una volta accertata la rispondenza del progetto ai requisiti, si procede con la sintesi e quindi con la realizzazione della struttura, ed infine con il collaudo, grazie al quale si accerta la reale rispondenza della struttura ai risultati analitici.

Sistema strutturale

Definizione
Il sistema strutturale rappresenta la parte portante di un manufatto (sistema costruzione), ovvero l’organismo a cui è relegata la funzione di assorbimento e trasferimento al terreno di fondazione delle azioni di carattere antropico o ambientale a cui è soggetto durante la sua vita di progetto.

Sistema strutturale (segue)

Scomposizione del sistema – approccio sistemico

La struttura è vista come un sistema, ovvero un insieme di elementi (membrature) collegati tra loro da relazioni (vincoli interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza (sotto sistemi o gruppi omogenei) e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.).

Identificazione

Definizione

L’identificazione è il processo conoscitivo attraverso il quale, mediante una appropriata metodologia d’indagine, è possibile individuare, di un assegnato “sistema costruzione preesistente” (parte portante e non portante), il “sistema strutturale” (parte portante) ed i suoi sottosistemi con i relativi elementi componenti.

Identificazione (segue)

Metodologia operativa: i livelli di conoscenza

L’identificazione del sistema strutturale per quanto riguarda gli aspetti geometrici e meccanici può avvenire per gradi di conoscenza via via crescenti, attraverso elaborati di progetto e rilievi di tipo geometrico e meccanico.

Concezione

Definizione

La concezione è quel processo attraverso il quale di un preassegnato sistema strutturale ne viene definita la tecnologia costruttiva (I Livello: materiali da costruzione) e la tipologia strutturale (II Livello: morfologia dello schema resistente), assegnando inoltre agli elementi costituenti una dimensione di primo tentativo (III Livello: predimensionamento).

Modellazione

Definizione
La modellazione strutturale è il processo secondo il quale si rappresenta il sistema struttura, una volta identificato, con una schematizzazione di tipo fisico-matematica, rappresentata dai seguenti sub modelli:

1. modello geometrico;
2. modello meccanico;
3. modello delle azioni.

Analisi

Definizione
L’analisi è il processo attraverso il quale viene simulata (calcolata), attraverso opportuni algoritmi, la risposta (comportamento) del sistema struttura precedentemente modellato.

Controllo

Definizione
Il controllo “teorico” è il processo attraverso il quale si verifica che la risposta del sistema strutturale (Domanda=D) è compatibile con determinati limiti prestazionali (Capacità=C).

Sintesi

Definizione
Per le nuove costruzioni la sintesi si traduce nella elaborazione del progetto esecutivo delle strutture che in conformità alla Legge 1086 del 1971, “Norme per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio normale e precompresso ed a struttura metallica”, è costituito dai seguenti elaborati tecnici.

Sicurezza e norme tecniche

Definizione
Il livello di sicurezza, ovvero la distanza che intercorre tra domanda e capacità, deve essere valutato rispetto a metodologie di analisi e controllo (criteri prestazionali) e/o dal rispetto di regole tecniche (criteri prescrittivi) definite dalle vigenti norme tecniche per le costruzioni.