VALIDAZIONE DEI MODELLI DEI CALCOLI E DEI PROGETTI DI CALCOLO STRUTTURALE
La crescente complessità dei modelli di calcolo e delle esigenze dettate dal testo
delle normative, ha reso sempre più complessa e delicata la fase di creazione del
modello per i calcoli strutturali (generalmente un modello
agli elementi finiti) e della sua corretta interpretazione
e gestione, in definitiva la sua validazione.
D'altro canto i progettisti talvolta non hanno approfondite conoscenze di meccanica
computazionale (in specie i fondamenti del metodo degli elementi finiti)
e calcolo numerico, e hanno generalmente scarse o nulle conoscenze nell'ambito
della programmazione, e quindi scarsa familiarità con le tipiche
problematiche legate alla gestione di ingenti quantità di dati.
La ricerca degli errori presenti in un modello di calcolo o nelle verifiche (verifiche errate o assenti),
è quindi un argomento tendenzialmente specialistico, che richiede competenze e strumenti
specifici per essere messa in atto. L'idea che calcoli eseguiti mediante un unico
modello ed un unico programma possano, ipso facto, considerarsi attendibili
a causa della fama del programma o della dimensione dello studio che ha eseguito
il modello, non ha basi scientifiche.
Castalia srl dispone di notevoli conoscenze in questo campo e di una vasta esperienza
(libri, pubblicazioni, case histories, alcune delle quali pubblicate), che ha messo
a nudo in ripetute occasioni problemi di modellazione su specifici modelli ed anche
problemi di programmazione su specifici software.
Castalia sostiene l'idea che nessun software di nessun produttore si possa considerare
affidabile in senso assoluto e che ogni software di adeguata dimensione contenga, con diversa probabilità, difetti.
Tale idea è condivisa dagli studiosi del settore che dicono chiaramente che la validazione assoluta è impossibile.
Peraltro il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ha confermato la bontà di una tale visione
(si veda la vicenda relativa alla
valiunzione del calcolo strutturale).
L'esperienza dice, tuttavia, che parlando in generale è molto più probabile che un modello sia errato a causa di qualche errore degli analisti
o dei progettisti, e che gli errori contenuti nei programmi commerciali sono molto meno frequenti degli errori degli utilizzatori dei programmi.
Ciò è anche in parte anche dovuto all'esteso uso di programmi di calcolo da parte di persone non completamente competenti. A tale riguardo va detto
che la tendenza a realizzare programmi di calcolo tesi ad occultare i problemi per favorire i meno esperti reca con sé gravi rischi.
Castalia srl ha svolto un lavoro unico sulla validazione strutturale, confluito nel libro pubblicato nel 2014 Validazione Strutturale - Volume 1: Aspetti Generali. E' in fase di preparazione il secondo volume, Metacontrolli. Il libro è stato favorevolmente recensito
sia su rivista da parte di colleghi strutturisti che
dai lettori, anch'essi ingegneri strutturisti. Si tratta di uno dei pochi volumi reperibili al mondo interamente, sistematicamente e analiticamente dedicato al problema della validazione dei modelli e dei progetti strutturali. In esso viene proposto un approccio unificato e generale per la stima (probabilistica) della validità di una attività in campo strutturale.
Castalia, oltre a sviluppare i propri programmi di calcolo, tutti sottoposti a numerosi controlli,
ha anche la licenza di importanti programmi come NeNASTRAN©, NXNASTRAN©
e FEMAP©
(interfacciato con Sargon©) nonchè di altri programmi di fascia intermedia. Per certe classi di problema siamo quindi
in grado di mettere a confronto in modo sistematico i risultati ottenuti da vari
solutori pervenendo così ad un reale controllo sulla bontà di ogni singola elaborazione,
relativa ad un singolo modello di calcolo (endo cross check).
La possibilità di scrivere software ad hoc tagliato su misura per
qualsiasi modello o controllo ci mette in condizione di eseguire verifiche
e validazioni che nessun utente
finale che non programmi, dotato unicamente di programmi commerciali, potrà mai eseguire.
Tutto ciò potrebbe rimanere lettera morta se non ci fosse uno specifico indirizzo
normativo teso a rendere sostanzialmente obbligatori i controlli eseguiti da terze
parti sui calcoli, ovvero da strutture esterne a quella che ha eseguito il progetto (allocontrollo).
In Eurocodice 0 (EN 1990:2002), appendice B è infatti detto che
per le strutture che appartengano alla "consequence class"
CC3
("grandstands, public buildings where consequences of failure are high"), è raccomandato
come minimo requisito per il controllo dei calcoli (tabella B4) il "thirdy
party checking", ovvero il controllo "eseguito da una organizzazione
differente da quella che ha preparato il progetto" ("an organisation different from
that which has prepared the design").
Castalia srl ha proposto da tempo (2003, si veda qui sotto) che tale genere di controlli, unico modo per poter
effettivamente validare un risultato, sia reso obbligatorio per i casi di maggior
rilievo o di maggior importanza. Solo il controllo incrociato tra i risultati prodotti
con vari solutori o programmi può infatti dare una reale idea della pertinenza ed
affidabilità dei risultati ottenuti in casi che non siano gestibili teoricamente (cross check, endocontrollo).
A partire dal 2008 tale concetto è parte integrante delle normative in vigore, NTC 2008 e NTC 2018.
In merito ai calcoli agli elementi finiti ed alle verifiche
automatiche gli esperti in Italia sono pochi. E' infatti
necessario non solo conoscere a fondo la disciplina (elementi finiti
in ambito lineare e non lineare, normative,
scienza e tecnica delle costruzioni), ma avere anche acquisito una
vasta esperienza di programmazione, e disporre della capacità di sviluppare software
specifico, collegato ad ampi programmi esistenti, atto ad eseguire i controlli.
Castalia ha sviluppato da anni questo strumento, denominato checksolvers,
in gran parte destinato all'uso interno ma anche aperto alla esecuzione di test
su modelli eseguiti con qualsiasi solutore e con qualsiasi tipo di formulazione.
Il controllo degli errori è un mestiere a sè stante, che richiede una elevata
specializzazione, e competenze che devono abbracciare numerose discipline: non basta
essere esperti di scienza delle costruzioni o esperti di programmazione,
bisogna essere esperti di entrambe le cose ed avere maturato una lunga esperienza nel calcolo
numerico e nelle sottili problematiche dello sviluppo di software di calcolo, per
avere la preparazione sufficiente. Castalia è una delle (poche) strutture italiane
che ha realmente i titoli per proporsi per questo genere di attività (dal 1991):
- avendo direttamente sviluppato software di calcolo (e non rivenduto programmi fatti da altri,
che è obbiettivamente molto diverso), sempre in modo molto rigoroso e sempre senza cedere nella
tentazione di farsi pubblcità in modo ingannevole per gli utenti (nessun "ingegnere
automatico inserito", qui da noi);
- avendo pubblicato in modo trasparente libri e risultati ottenibili coi propri software,
nonchè test comparativi e benchmark;
- avendo una vasta esperienza in questo specifico settore (ambiti civile, meccanico,
industriale, navale);
- essendosi distinta per la attenta disamina delle normative, mai accettate acriticamente
ma semmai criticate costruttivamente in modo realmente fattivo (sismica, acciaio).
Alla base di questi controlli vi sono le idee proposte da Castalia in "Software
di calcolo", una monografia contenuta nel Manuale dell'Ingegnere
(c.d. Colombo), 84^ edizione, Hoepli, 2003.
Castalia mette dunque a disposizione i propri strumenti e le proprie competenze
per eseguire controlli e validazioni su qualsiasi
progetto, modello e/o strumento di calcolo.
Milano, ultimo aggiornamento: settembre 2024
