Il Computational Design nelle strutture in muratura. Il caso della sottovia ad arco del traforo del Monte Bianco

In recent years, the maintenance of existing bridges in the Italian territory has become a fundamental issue to ensure their structural safety and the proper functioning of the infrastructure system; a significant part of these infrastructures are masonry arch bridges, of which a case of particular geometric complexity is represented by oblique bridges. The purpose of the following thesis is to define a process for designing a structural consolidation intervention through the integration of computational design for oblique masonry bridges, making explicit the advantages of integrating this method with BIM methodology. Computational design is a design method that uses algorithms and parameters through computer processing. It is taking an increasingly central role in design, marking a change from the traditional approach, in which time and cost constraints forced the designer to consider only a limited number of solutions. This way of operating allows, through changes to the basic design parameters, a much larger number of possible solutions to be sifted through in order to identify the optimal solution from among them. The operation of searching for the optimal solution is carried out through Visual Programming Language programs in particular in Grasshopper, a Rhinoceros plug-in, which allows after setting up an initial model and defining the constraint and load characteristics of the model to carry out a structural analysis through FEM analysis, and through the results obtained it was possible to carry out the search for an optimal configuration of the support structure through genetic algorithm, while at the same time going to evaluate what could be the most suitable section for the structure. Finally, the different possibilities of connection between the model obtained within Grasshopper and Revit for the construction of an information model meeting the required standards were investigated. The case study used for this project is the arched underpass for access to the Mont Blanc tunnel from the Italian side. Therefore, first an analysis of the geometric genesis of the intrados surface of the vault, obtained by LiDAR survey to determine its characteristics, was carried out, starting then from a design idea of reinforcement we went to apply the concepts of parametric design and optimization to study a design path that can go to mark the way for future similar interventions. A final step to close the workflow was to transmit the geometries of the optimized beams to build a complete BIM model, through then Rhino.Inside plug-in it was possible to convert the geometric elements into native beams in Autodesk Revit, defining among others their appropriate section.

Negli ultimi anni la manutenzione dei ponti esistenti presenti nel territorio italiano è divenuto un tema fondamentale per garantirne la sicurezza strutturale e il corretto funzionamento del sistema infrastrutturale; una parte significativa di queste infrastrutture è data dai ponti ad arco in muratura, di cui un caso di particolare complessità geometrica è rappresentato dai ponti obliqui. Lo scopo della seguente tesi è definire un processo per la progettazione di un intervento di consolidamento strutturale attraverso l’integrazione del computational design per i ponti obliqui in muratura, esplicitando i vantaggi dell’integrazione di questo metodo con la metodologia BIM. Il computational design è un metodo di progettazione che utilizza algoritmi e parametri tramite elaborazione computerizzata. Sta assumendo un ruolo sempre più centrale nella progettazione, segnando un cambiamento rispetto all’approccio tradizionale, in cui vincoli di tempo e costi costringevano il progettista a considerare solo un numero limitato di soluzioni. Questo modo di operare consente, tramite modifiche ai parametri di base del progetto, di vagliare un numero di soluzioni possibili molto maggiori, al fine di identificare tra queste la soluzione ottimale. L’operazione di ricerca della soluzione ottimale viene effettuata tramite programmi di Visual Programming Language in particolare in Grasshopper, un plug-in di Rhinoceros, che consente dopo aver impostato un modello iniziale e averne definito le caratteristiche di vincolo e carico del modello di effettuare un’analisi strutturale tramite analisi FEM e tramite i risultati ottenuti è stato possibile effettuare la ricerca per una configurazione ottimale della struttura di sostegno tramite algoritmo genetico, andando al contempo a valutare quale potesse essere la sezione più adatta per la struttura. Infine, si sono andate a studiare le differenti possibilità di connessione tra il modello ottenuto all’interno di Grasshopper e Revit per la costruzione di un modello informativo rispondente agli standard richiesti. Il caso studio utilizzato per questo progetto è la sottovia ad arco di accesso al traforo del Monte Bianco, dal fronte italiano, che rappresenta un passaggio obbligato per l’accesso al tunnel. Si è quindi proceduto in primis ad una analisi della genesi geometrica della superficie di intradosso della volta, ottenuta tramite rilievo LiDAR per determinarne le caratteristiche, partendo poi da una idea progettuale di rinforzo si è andati ad applicare i concetti di parametric design e ottimizzazione per studiare un percorso progettuale che possa andare a segnare la strada per futuri interventi similari. Un ultimo passaggio per chiudere il flusso di lavoro è stato di trasmettere le geometrie delle travi ottimizzate per costruire un modello BIM completo, tramite quindi il plug-in di Rhino.Inside è stato possibile convertire gli elementi geometri in travi native in Autodesk Revit, definendone tra le altre l’appropriata sezione.