Costruzione del modello strutturale
8.2 Definizione del modello geometrico
Con la diffusione della modellazione digitale nelle discipline del AEC, secondo il paradigma del Building Information Modeling (BIM), accade sempre più spesso che le diverse figure coinvolte nel progetto impieghino lo stesso modello implementandolo con le informazioni relative ad ogni campo della progettazione. Per gli edifici esistenti e in particolare quelli storici, questa procedura risulta complessa per diversi ragioni, tra cui la complessità della reale geometria. È importante per questo motivo all’inizio della modellazione occuparsi non solo di una perfetta riproduzione della forma ma anche valutare il soddisfacimento dei requisiti richiesti per il modello strutturale, in modo che il modello architettonico 3D si presti al meglio al modello a elementi finiti(FEM) al fine di ottenere una mesh compatibile e regolare. Quindi risulta fondamentale razionalizzare le forme e geometrie da includere nel modello, distinguendo le complessità che possono influenzare il comportamento meccanico di un elemento (volte, pareti irregolari,..) dalle piccole irregolarità non rilevati dal punto di vista strutturale.
Nel nostro caso, per avere un modello base da cui partire e per comprendere meglio la metodologia BIM, si è deciso di utilizzare il software Autodesk Revit nella sua versione strutturale. Sapendo fin dall’inizio che il software per il calcolo strutturale sarebbe stato Midas Gen, si sono valutati tutti i vantaggi e gli svantaggi di utilizzarlo in combinazione con Revit. Infatti esiste un link diretto che connette i due programmi: Midas Link per Revit Structure, che ci consente di trasferire direttamente i dati degli elementi strutturali da un modello Revit a modelli Midas e successivamente, dopo aver apportato eventuali modifiche, di restituirli a Revit aggiornando così il modello originale. Questa funzione è fornita come modulo aggiuntivo (plugin) in Revit Structure. Come file di interscambio in andata e in ritorno, viene utilizzato il file di testo di Midas Gen (.mgt). Tuttavia questo passaggio diretto non funziona con elementi curvi, come volte o cupole, essenziali per strutture come la nostra. Quindi, una volta esportato il modello in Midas, è necessario ricostruire tutti gli elementi che non sono stati riconosciuti. Nella Figura 8.3 è presentato un esempio di modellazione di una volta in Revit con il conseguente passaggio in Midas, come si può notare la volta non è stata esportata.
Costruzione del modello strutturale
Figura 8.3: Esportazione del modello di una volta da Revit a Midas Gen
Preso atto delle funzionalità dei due programmi scelti, va studiata a fondo la geometria della struttura da analizzare e vanno trovate le tecniche migliori per la modellazione. Ricordiamo che le strutture storiche si presentano genericamente molto complesse in quanto la costruzione va estratta da sistemi più grandi e vanno quindi definiti i vincoli, ed inoltre ci sono numerose irregolarità dovute all’accumulo di modifiche nel tempo.
In questo lavoro le tavole dei rilievi effettuati dal Politecnico sono state il punto di partenza e da queste si è cercato di definire i confini della struttura e di semplificare il più possibile le geometrie (Figure 8.4, 8.5). Va sottolineato il fatto che la basilica fa parte del più ampio complesso conventuale, tuttavia si modellerà solo la struttura principale della chiesa. L’interazione con il convento è tenuta in conto attraverso due muri trasversali che fanno da collegamento tra le due costruzioni. Nel modello strutturale verranno studiati appositi vincoli per tenere in considerazione la reciproca influenza.
Costruzione del modello strutturale
Figura 8.4: Semplificazione della pianta della basilica
Figura 8.5: Semplificazione del prospetto della basilica
Costruzione del modello strutturale
Osservando anche i meccanismi di danno occorsi, l’intera struttura è stata suddivisa in macroelementi, ciascuno dei quali è stato modellato con le proprie peculiarità. Di seguito ne andremo a fare una breve descrizione:
• Facciata (Figura 11.5): è stata rappresentata come un’unica parete di spessore variabile. C’è molta incertezza riguardo gli spessori di questo elemento in quanto è presente sia un rivestimento esterno in marmo, sia una controfacciata in muratura piena. La forma geometrica è stata semplificata e razionalizzata.
• Navata (Figura 8.7): i muri della navata sono stati realizzati su più livelli, tenendo in considerazione anche le eventuali aperture. Inoltre, per maggiore completezza, si è deciso di modellare il tetto a falde, il sistema di reticolari in acciaio presenti nel sottotetto e i contrafforti all’interfaccia con la facciata.
• Cappelle laterali (Figura 8.8): sono state realizzate attraverso setti in muratura e volte a botte. Tuttavia, osservando attentamente le elaborazioni delle nuvole di punti, ci si è resi conto che non tutte le cappella laterali sono voltate. La prima e l’ultima di ogni lato non presentano un soffitto con una volta a botte, in quanto sono adibite all’entrata/uscita in ambienti diversi da quelli della chiesa.
• Presbiterio(Figura 8.9): l’ambiente è stato modellato con muri e rispettive aperture. Si è dibattuto molto sulla presenza di una cupola o di una volta a vela. Osservando poi i rilievi e le fotografie si è optato per la modellazione di una volta a vela, scelta corroborata anche dalle informazioni sulla storia del complesso riportate al Paragrafo 6.3.
• Abside (Figura 8.10):è stata modellata in maniera semplificata attraverso un muro semicircolare ed una semi-cupola.
• Cappella del Santissimo Sacramento(Figura 8.11): come si può osservare sui rilievi effettuati in quest’ambiente (Figura 6.29) oltre ai muri del basamento abbiamo pennacchi, tamburo e cupola con lanterna. Si è quindi cercato di riprodurre tutti questi elementi in maniera semplificata senza però stravolgere le loro funzioni strutturali.
• Campanile(Figura 11.4): osservando le tavole architettoniche si è deciso di addossare il campanile alla parete del presbiterio. Sicuramente nella fase di modellazione strutturale dovrà essere capito il livello in cui il campanile è svincolato dal resto della struttura. Si è deciso di modellare solo le aperture significative e in questa fase sono state tralasciate le catene metalliche, che verranno invece aggiunte nel modello strutturale.
Costruzione del modello strutturale
• Collegamento con il convento: come già detto si è deciso di modellare solo due muri trasversali, che appartengono ad un ambiente di passaggio tra la chiesa ed il convento. Nella parte di modellazione strutturale verrà studiato un apposito vincolo per simulare l’interazione tra le due parti.
(a) (b)
Figura 8.6: Modello geometrico della facciata
(a) (b)
Figura 8.7: Modello geometrico della navata
Costruzione del modello strutturale
(a) (b)
Figura 8.8: Modello geometrico della navata e nuvola di punti con particolare delle cappelle laterali ([31])
(a) (b)
Figura 8.9: Modello geometrico del presbiterio
Costruzione del modello strutturale
(a) (b)
Figura 8.10: Modello geometrico dell’abside
(a) (b)
Figura 8.11: Modello geometrico della cappella del Santissimo Sacramento
Costruzione del modello strutturale
Figura 8.12: Modello geometrico del campanile
Dopo aver descritto tutti i macroelementi, nella Figura 8.13 è riportata un immagine completa del modello geometrico.
(a) (b)
Figura 8.13: Modello geometrico della basilica di San Nicola
Tuttavia il modello che verrà utilizzato da Revit per lo scambio con Midas è il modello analitico, riportato nella Figura 8.14. Come si può notare e come già anticipato, in questo modello non vengono riconosciute le forme curve e quindi non sono presenti le volte e le cupole.
Costruzione del modello strutturale
(a) (b)
Figura 8.14: Modello analitico della basilica di San Nicola