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I modelli BIM nel processo di gestione dei ponti esistenti

Un’applicazione pratica sul caso studio del ponte La Botte

I modelli BIM nel processo di gestione dei ponti esistenti

La gestione dei ponti esistenti è fondamentale per evitare il ripetersi di tragici crolli come quelli che, recentemente, hanno interessato il territorio nazionale.

La conservazione di un patrimonio infrastrutturale datato, esposto ad ambienti aggressivi e a carichi da traffico elevati, poco manutenuto a seguito di una politica che privilegia la gestione dell’emergenza e non la sua prevenzione, è indispensabile.

A tal proposito, l’emanazione del DL 109/2018 – cosiddetto Decreto Genova – e lo stato di degrado di queste opere hanno portato il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici italiano a redigere una procedura standard per la gestione del rischio dei ponti esistenti: le Linee Guida per la classificazione e la gestione del rischio, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio di ponti esistenti, recepite dal DM n° 578 del 17/12/2020 e utilizzabili da tutti i Gestori.

Le Linee Guida propongono un approccio multi-livello basato sulla conoscenza che fornisce indicazioni sulla classificazione, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio dei ponti esistenti. Una massiccia raccolta delle informazioni di base, mediante documentazione tecnica originale, rilievi dei difetti, indagini conoscitive su geometrie, dettagli costruttivi, materiali, ecc. è un’attività indispensabile per la loro applicazione.

  • ponte La Botte
    1A harpaceas
    1A. L’inquadramento dell’opera e lo schema dello sviluppo longitudinale del ponte La Botte
  • PontiSicuri
    1B harpaceas
    1B. L’inquadramento dell’opera e lo schema dello sviluppo longitudinale del ponte La Botte

Uno strumento informatico in grado di fornire un ambiente di archiviazione e condivisione delle informazioni acquisite nelle diverse fasi di gestione dell’opera, reso disponibile a tutti i soggetti interessati da un punto di vista progettuale, manutentivo e gestionale, diventa quindi indispensabile.

Le stesse Linee Guida incentivano l’adozione di modelli di Building Information Modeling: il BIM è richiesto per i ponti con Classe di Attenzione Alta ma costituisce, indipendentemente da essa, un valido supporto nella gestione dell’opera.

L’archiviazione dei dati e delle informazioni sui ponti esistenti e il loro possibile aggiornamento a seguito di approfondimenti conoscitivi consente infatti una gestione integrata e intelligente dell’opera nel corso della sua intera vita utile.

Il presente articolo mostra lo sviluppo e l’applicazione pratica di uno strumento informatico a supporto dei Progettisti nell’applicazione del BIM ai ponti esistenti.

Il pacchetto software PontiSicuri (si veda “Strade & Autostrade” n° 146 Marzo/Aprile 2021 a pag. 92 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/la-nuova-soluzione-pontisicuri/) è stato sviluppato grazie a un progetto di ricerca scientifica condotto dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa con Harpaceas.

bim
2. La procedura di lavoro in BIM

L’approccio BIM per i ponti esistenti

Il processo BIM consta di una serie di operazioni che, una volta collezionate le informazioni conoscitive, consentono una modellazione integrata dell’opera, che raccoglie georeferenziazione, modellazione e classificazione strutturale, esportazione verso software di calcolo strutturale, valutazioni di sicurezza, progettazione dell’intervento e redazione di relazioni di sintesi.

I dati raccolti sono accessibili, contemporaneamente, a tutti i soggetti coinvolti, nell’ottica di una gestione ottimizzata dei tempi, delle risorse e, soprattutto, delle informazioni.

Il BIM può supportare in modo efficiente tutti gli Stakeholders fin dalle fasi di raccolta/organizzazione delle informazioni base.

Ad esempio, la documentazione tecnica risultante dal processo conoscitivo può essere recepita e resa fruibile in ambiente BIM attraverso la piattaforma collaborativa Trimble Connect facente parte del pacchetto PontiSicuri elaborato da Harpaceas Srl.

Il caso studio del ponte La Botte

Il ponte La Botte, caso studio per lo sviluppo e l’applicazione del pacchetto PontiSicuri, è stato oggetto di una campagna preliminare di indagine per la definizione dei dettagli costruttivi e la caratterizzazione dei materiali.

rilievi laser-scanner
3. Il modello BIM del ponte

Sulla base dei risultati ottenuti, è stato organizzato un approfondimento conoscitivo mirato, laddove necessario, e comprensivo ad esempio di ulteriori prove sui materiali, organizzazione e installazione di sistemi di monitoraggio dei carichi da traffico Weight in Motion, rilievi laser-scanner della geometria del ponte e analisi modali operative per la corretta definizione della risposta dinamica. In Figura 1 è riportato lo schema complessivo del ponte.

La modellazione BIM

Per la compilazione digitalizzata delle schede di ispezione e per il calcolo della Classe di Attenzione, il cui risultato ha innescato il coinvolgimento della metodologia BIM, è stata utilizzata la web gratuita PT3, sviluppata e messa a disposizione gratuitamente dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale e dal Dipartimento di Informatica dell’Università di Pisa.

La Figura 2 illustra la procedura BIM ed i relativi strumenti informatici utilizzati per la case history di seguito descritta.

La georeferenziazione dell’opera è stata eseguita attingendo ai geoportali della Regione Toscana e della Provincia di Pisa; le informazioni raccolte sono state georeferenziate tramite coordinate piane secondo il CRS (Coordinate Reference System) avente identificativo EPSG 3003: Monte Mario/Italy Zone 1, predisponendo un ecosistema collaborativo.

Nella piattaforma BIM infrastrutturale Trimble Quadri, i dati del terreno dell’intera provincia sono stati ulteriormente triangolati limitatamente all’area di interesse, generando un apposito modello digitale (DTM – Digital Terrain Model) per il ponte La Botte. La combinazione delle informazioni orografiche, di parte del grafo stradale e delle mappe web (WMS), ha permesso la corretta georeferenziazione del ponte, base di riferimento per gli strumenti di modellazione BIM.

È stato inoltre possibile sfruttare il link diretto con l’ambiente di condivisione dati (Trimble Connect) per lo scambio della modellazione del DTM tramite formati aperti IFC e LandXML, utili come base di riferimento georeferenziata per la successiva modellazione BIM del ponte.

Tekla Structures
4. Esempio di scomposizione WBS con relativa colorazione nel modello BIM

A tal fine, si è impiegato un plug-in del modellatore strutturale Tekla Structures (Bridge Creator) che supporta lo specialista BIM nella modellazione di diverse tipologie di ponti, estrudendo la sezione trasversale lungo gli assi di riferimento, importati in formato LandXML/DWG dalla piattaforma BIM infrastrutturale (Figura 3 sopra).

Il modello così realizzato è reso disponibile ai vari Stakeholders mediante un servizio apposito di condivisione, (Tekla Model Sharing), che consente loro di poter lavorare – in tempo reale – sul medesimo modello, evitando quindi problematiche legate a eventuali aggiornamenti progressivi, incogruenze, ecc..

Sul modello BIM del ponte (Figura 3 sopra) è stata quindi eseguita la “classificazione strutturale”, una sorta di suddivisione della struttura negli elementi/sottostrutture che la compongono. La classificazione è stata implementata su tre diversi livelli:

  • livello 1 = identificazione del tipo di struttura;
  • livello 2 = individuazione di assemblaggi di oggetti;
  • livello 3 = individuazione singoli oggetti, con possibilità di export secondo lo standard IFC (Industry Foundation Classes) (UNI EN ISO 16739).

Per garantire una semplice gestione del progetto, gli strumenti BIM supportano la definizione della WBS (Work Breakdown Structure), una “decomposizione” della struttura, strettamente correlata alla classificazione strutturale.

A ciascun livello si associa una codifica esclusiva ed omogenea che consente di ottenere uno schema analitico ad “albero”, che semplifica significativamente la gestione del progetto. Gli attributi per la WBS sono concepiti all’interno del pacchetto PontiSicuri per soddisfare le esigenze di modellazione dei ponti esistenti, in termini di visualizzazioni, disegni e report, ecc..

Digital Terrain Model
5. Il ponte in esame nell’ambiente di condivisione dati (modello strutturale + modello infrastrutturale)

Per il ponte La Botte, nello specifico, è stato impiegato lo strumento WBS Controller, sviluppato per Tekla Structures da Harpaceas e facente parte del pacchetto PontiSicuri.

La Figura 4 sopra mostra un esempio di WBS di alcune parti del ponte La Botte, in cui si ha corrispondenza tra i colori impiegati per i nodi della WBS e i componenti strutturali.

In Trimble Connect è stato realizzato un “progetto dedicato” in cui convogliano tutti i dati disponibili; gli Stakeholders autorizzati a connettersi alla piattaforma sul web possono quindi fare affidamento su un database attendibile e unico dei processi di ispezione conoscitiva, rilievo, controllo strutturale, gestione, manutenzione, ecc..

L’interazione tra i vari Progettisti avviene attraverso la gestione di “ToDo” che consentono di creare e assegnare attività specifiche alle singole figure coinvolte. Nello specifico, Harpaceas ha sviluppato un plug-in per Trimble Connect denominato “Document Controller” che garantisce il caricamento e il collegamento dei documenti ai singoli oggetti del modello sulla piattaforma collaborativa (e.g. ai componenti del modello si associano le schede delle prove in situ).

La Figura 5 sopra mostra il modello georeferenziato importato in Trimble Connect da Tekla Structures insieme al contesto geografico-territoriale, a sua volta importato dalla piattaforma collaborativa infrastrutturale Trimble Quadri. La visualizzazione in Trimble Connect ha permesso di verificare i dati provenienti dalle varie discipline e le eventuali interferenze.

Per l’esecuzione delle valutazioni di sicurezza è infine necessario che il modello BIM elaborato in Tekla Structures sia esportato verso un programma di calcolo strutturale; nel caso specifico del ponte La Botte, è stato scelto il software ModeSt®. A dispetto della presenza di un link diretto tra i due software, nell’ottica della interoperabilità aperta e libera fruibilità, si è adottato un approccio openBIM ed esportando il modello in formato IFC (Figura 6).

harpaceas
6. Il modello di calcolo in ModeSt®

I risultati delle valutazioni di sicurezza possono infine essere esportati in relazioni di calcolo, rendendoli utili per un’eventuale progettazione dell’intervento o di sistemi di monitoraggio.

Conclusioni

Il presente articolo mostra una procedura interoperabile innovativa per l’impiego del BIM ai ponti esistenti, in accordo alle Linee Guida.

Un’applicazione diretta al caso studio del ponte La Botte ha contribuito a mostrare come la procedura aiuti operativamente gli Enti gestori delle infrastrutture (come ANAS, Comuni, Province, Concessionarie autostradali) e operatori del settore (come Liberi Professionisti e Società di ingegneria) permettendo la messa a punto di uno strumento informatico innovativo che favorisce e semplifica lo scambio di dati tra i vari soggetti coinvolti, garantendo una gestione unica, univoca ed efficiente dei ponti considerati.

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