Progettare una struttura: dall’idea al progetto esecutivo

Non solo divisione degli interni, colori, arredamento: la nostra casa è fatta anche di muri, pilastri, travi. Sono la struttura portante che le da forma e resistenza!

Progettare la struttura di una casa (o di un palazzo, ponte, ecc) significa individuare le soluzioni tecniche migliori per le esigenze del cliente, e adattarle al risultato finale che si vuole ottenere

Il processo

Ma come avviene processo “dall’idea al progetto esecutivo? Attraverso diverse fasi:

1. Studio preliminare: si identificano le esigenze del Cliente e si studiano le caratteristiche strutturali dell’edificio
2. Studio di fattibilità: si individuano le tipologie delle soluzioni che meglio rispondano alle richieste
3. Progettazione strutturale: tra tutte le soluzioni possibili si definisce la strategia migliore

La progettazione strutturale vera e propria

La progettazione strutturale in sé racchiude tutte le fasi di calcolo e non (proprie della competenza del tecnico progettista):

1. si parte da una soluzione di primo tentativo, sulla base di quanto emerso dallo studio di fattibilità (successivo allo studio preliminare
2. si adatta questa alle esigenze del caso
3. si eseguono i calcoli tecnici specifici

E se i calcoli non restituiscono esito positivo? Vale a dire, se la struttura che è stata ipotizzata non risulta staticamente “efficiente”? Nessun problema, si individua una nuova tipologia di soluzione e si ripetono i passaggi precedenti!

Processo fondamentale nella progettazione strutturale è l’ottimizzazione, nella quale si affina la soluzione ipotizzata cercando di sfruttarne al meglio le caratteristiche.

L’ottimizzazione strutturale può avvenire a diversi livelli e può essere divisa in tre categorie:

• Ottimizzazione locale: agisce sulla dimensione dei singoli elementi strutturali (detta anche: sizing). Dimensione pilastri, travi, muri ecc…
• Ottimizzazione morfologica: agisce sulla forma degli elementi strutturali. Forma e disposizione degli elementi
• Ottimizzazione topologica: agisce sul comportamento meccanico della struttura nel suo insieme. Simulazione con software del comportamento della struttura con carichi statici (quelli normali) e dinamici (sollecitazioni dovute ad es, a terremoti)

Supponiamo di dover progettare una semplice trave portante che sorregga un carico elevato e abbia un’ampia “luce”(distanza tra i punti di sospensione della trave stessa).

Soluzione di primo tentativo:

Trave composta, adatta a resistere a carichi elevati su grandi luci

Ottimizzazione Locale

Si determina la dimensione di ogni elemento ottenendo una soluzione ottimale in termini di peso (costo) / resistenza

Ottimizzazione Morfologica

Si cambia la posizione dei “nodi” della trave (punti di collegamento tra i vari elementi strutturali della trave), ottenendo una forma più funzionale: elementi tozzi di estremità e altezza del profilo elevata al centro

Ottimizzazione Topologica

Si passa a una trave reticolare composta da correnti (elementi principali della struttura) superiore e inferiore, montanti verticali e diagonali di irrigidimento

Ottimizzazione: miglior risultato al minor costo

Ma perché è importante attuare un’ottimizzazione strutturale? La risposta ha due risvolti:

1. Motivi tecnici: si sfruttano le migliori qualità di ogni elemento strutturale
2. Motivi economici: con l’ottimizzazione si ricerca tra tutte le soluzioni possibili quella di minimo costo

Possiamo ragionare in questo modo: Ogni soluzione progettuale ha un suo costo di realizzazione, determinato da due fattori principali:

• costo del materiale: legato alla quantità e al peso degli elementi utilizzati
• costo della manodopera: legato alla complessità dell’opera e alla quantità delle lavorazioni di dettaglio

Creare una struttura usando meno materiale non sempre è conveniente, se per realizzarla c’è bisogno di maggior lavoro!

Articolo scritto da Ing. Stefano Squiccimarro